Entwicklung eines Luftmessgeräts
Mobile Luftmessung im Berner Alltag
Was atmen wir im Alltag eigentlich ein? Wo entstehen Hotspots von Schadstoffen? Um diesen Fragen nachzugehen, wurde ein mobiles Luftmessgerät entwickelt. Dieser Prototyp erfasst neun Messgrössen und ordnet die gemessenen Werte einem Standort zu. Auf einer Messroute durch Bern machte er stark belastete Stellen sichtbar, aus denen sich Empfehlungen für einen gesünderen Alltagsweg ableiten lassen.
Ausgangslage
Die Luftqualität in der Schweiz hat sich seit Mitte der 1980er Jahre deutlich verbessert. Trotzdem gibt es je nach Ort und Jahreszeit Hotspots mit erhöhter Schadstoffbelastung. Gemessen wird primär an festinstallierten Messstationen und damit nur an einzelnen Standorten. Wie belastet die Luft auf dem Trottoir, an einer stark befahrenen Kreuzung oder im Bus ist, bleibt grösstenteils unbekannt. Ziel der Arbeit war es deshalb, ein Luftmessgerät zu entwickeln, das diese verborgene Belastung sichtbar macht.
Vorgehen
- Komponentenauswahl: Mikrocontroller ESP32 mit Sensoren für Feinstaub, CO₂, Ozon, VOC, Stickoxide, Temperatur, Feuchte, Luftdruck und GPS.
Aufbau: Gehäuse in Fusion konstruiert und im 3D-Druck gefertigt, Verdrahtung mit Löt- und Steckverbindungen.
- Programmierung: Code in C++ mit der Arduino IDE, Datenübertragung an InfluxDB und Visualisierung in Grafana.
Feldtests: Vergleichsmessungen an zwei offiziellen Messstationen in Bern und Plausibilitätstests, anschliessend Optimierung von Gehäuse und Programmcode.
Messroute: Alltagsstrecke durch Bern zu Fuss und im Bus, am Vormittag und am Abend.
Ergebnisse
- Kompakt: Mit 13.4 cm x 17.3 cm und 430 g ist der Prototyp handlich und für den mobilen Einsatz im Alltag geeignet.
- Messqualität: Alle Luftparameter werden laufend erfasst, Belastungsspitzen und Trends sind klar erkennbar.
- Standort: Zu jedem Messwert wird per GPS der Standort erfasst und auf einer interaktiven Karte in Grafana angezeigt.
- Hotspots: Feinstaubspitzen über 400 µg/m³ PM10 bei vorbeifahrenden Lastwagen, bis 2'384 ppm CO₂ im Bus (Zielwert Raumluft: 1'000 ppm).
Empfehlungen: Kurze Strecken zu Fuss statt mit dem Bus, Busfahrten ausserhalb der Stosszeit und in der Altstadt auf Nebengassen ausweichen.
Nutzen und Mehrwert
- Sichtbarkeit: Macht messbar, was man sonst höchstens spürt.
- Gesundheit: Hilft gesundheitsbewussten Menschen und Risikogruppen, Strecken mit weniger Belastung zu wählen.
- Erweiterbarkeit: Dank modularem Aufbau lassen sich weitere Sensoren ergänzen.
- Kosten: Materialkosten von CHF 302.30 und rund CHF 48 Betriebskosten pro Jahr, im Marktvergleich mit dem höchsten Nutzwert.
Fazit
Mit neun Messgrössen, GPS und neuen Messwerten alle 30 Sekunden macht der Prototyp sichtbar, was wir im Alltag einatmen. Die Messungen zeigen klar, wo sich Hotspots verstecken, ob an der Strasse oder im Bus. Durch den modularen Aufbau lässt sich das Gerät einfach erweitern und bietet eine kostengünstige Lösung für Privatpersonen und Schulen.
