Luftverschmutzung überwinden: IoT-Technik sorgt für saubere Städte

Neue Techniken zur Überwachung der Luftverschmutzung arbeiten so präzise und schnell, dass sie Werte für einzelne Straßen in Echtzeit liefern können.

Wenn Smog in der Luft liegt, gehen viele Menschen davon aus, dass dieser die gesamte Stadt bedeckt. Aber das ist nicht immer der Fall. Ganz gleich, ob es sich um wucherndes Unkraut oder eine rauchspeiende Fabrik handelt: Manche Viertel können besonders stark, andere hingegen gar nicht betroffen sein. So ist es auch möglich, dass nur wenige Straßen weiter die Luft frisch und sauber ist.

Laut Weltgesundheitsorganisation sterben dennoch jedes Jahr sieben Millionen Menschen vorzeitig aufgrund von Gesundheitsrisiken, die durch Luftverschmutzung entstehen. Eine Studie hat ergeben, dass sich schlechte Luftqualität in den meisten überfüllten Städten dieser Welt auf mangelnde Nachhaltigkeit bei politischen Entscheidungen hinsichtlich Verkehr, Energie, Industrie und Abfallwirtschaft zurückführen lässt. Moderne Überwachungsstationen für Luftqualität nehmen nur an wenigen Orten in einer Stadt Proben und ermitteln dann einen Durchschnittswert. Dadurch lässt sich keine relevante Aufschlüsselung für einzelne Viertel realisieren.

bessere Urlaubsplanung durch Daten zur Luftverschmutzung

Doch neue Systeme, die auf elektrochemischen Sensoren und anderen Techniken des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) aufbauen, verändern die Art und Weise, wie Luftverschmutzung nachverfolgt wird. So lassen sich Belastungen durch Pollenflug, Toxine und andere Verschmutzungen in Echtzeit für jede einzelne Straße erfassen. Präzise und aktuelle Informationen zur Luftqualität in belasteten Städten wie Los Angeles, Peking oder Neu-Delhi können wichtig für Menschen sein, die mit Lungenerkrankungen wie Asthma oder COPD leben müssen.

Wissen die Betroffenen, dass die Luft in bestimmten Gebieten stark verschmutzt ist, lassen sich Gegenmaßnahmen ergreifen. Sie können zum Beispiel eine Atemschutzmaske tragen, einen anderen Weg zur Arbeit wählen oder sogar zu Hause bleiben. „Zudem ist es möglich, bei der Urlaubsplanung anders zu entscheiden“, sagt Dr. Catherine Grossman, außerordentliche Professorin für Innere Medizin und Lungenkrankheiten an der Virginia Commonwealth University School of Medicine. „Die Leute können sagen: ‚Ich will zwar nach Nashville oder Louisville, aber diese Gegenden sind schlecht für meinen Gesundheitszustand. Daher reise ich woanders hin.‘“

Ablösung für Veraltete Überwachungssysteme

Laut Mahesh Chikodi, globaler Leiter bei Robert Bosch Engineering, könnte exakten Berichte über Umweltbelastungen ausschlaggebende Bedeutung zukommen. Die aktuellen Überwachungssysteme seien jedoch aufgrund ihrer Größe nicht transportier- oder skalierbar. Dadurch könnten sie die Probleme nicht an der Quelle lokalisieren und somit keine Echtzeitdaten weitergeben. Bis die Behörden der Stadt die Daten zur Luftverschmutzung erhielten, seien unter Umständen bereits zwei bis vier Stunden vergangen. In dieser Zeit könne sich die Luftqualität jedoch schon längst wieder geändert haben.

„Was bringt dieses Wissen denn Stunden später noch?“, fragt Chikodi. Hinzu komme, dass der Entschluss zum Tragen einer Atemschutzmaske häufig auf Daten basiere, die von einer mehr als 30 Kilometer entfernten Messstation stammten, sagt Suman Sehra, Business Manager für das Intel Smart Cities Business Development und Segment Manager für Intels Geschäftszweig zur Umweltüberwachung. „Die Menschen wollen wissen, welche Qualität die Luft dort hat, wo sie sich gerade befinden – und nicht anderswo“, hebt Sehra hervor.

Echtzeit-Daten zur Luftverschmutzung für einzelne Strassen

Deshalb messen die neuen Überwachungssysteme Feinstaub, Pollenzahl, chemische Verschmutzung und andere Giftstoffe eher nach Stadtvierteln als nach großen Regionen. Im Gegensatz zu den momentanen, stadtweiten Verfahren bestimmen sie den Verschmutzungsgrad in Teilchen pro Milliarde anstatt in Teilchen pro Million. Zudem ist kein stundenlanges Warten mehr nötig, weil die Daten jetzt in wenigen Sekunden verfügbar sind. Das Micro-Climate Monitoring System (MCMS) von Bosch und Intel beispielsweise misst die Luftqualität mittels intelligenter Sensoren, die einen besonders schnellen Datentransfer ermöglichen.

Das Micro-Climate Monitoring System misst die Luftqualität mit intelligenten Sensoren.
Das Micro-Climate Monitoring System misst die Luftqualität mit intelligenten Sensoren.

Durch das Sammeln hyperlokaler Daten versorgt diese neue Generation von Überwachungssystem die Menschen mit Informationen, mit deren Hilfe sie ihre Wege und Aktivitäten in ihren Vierteln koordinieren können. So kann das neue System den Benutzern zum Beispiel vorschlagen, Wege zur Arbeit zu wählen, die weniger von Verschmutzung betroffen sind. Zudem lassen sich auch Wanderrouten in Nationalparks unter Berücksichtigung der Luftgüte planen.

Neue Messmethoden finden weltweit Verbreitung

Derzeit finden neue Überwachungssysteme für die Luftqualität Verbreitung auf der ganzen Welt. Das MCMS wird in Neu-Delhi eingesetzt – einer der am stärksten verschmutzten Städte der Welt. Im kalifornischen Oakland haben Forscher im Rahmen einer Studie Google-Street-View-Fahrzeuge mit einer schnell reagierenden Schadstoff-Messplattform ausgestattet. Für Chicago entwickelte das Argonne National Laboratory des amerikanischen Energieministeriums ein stadtweites Netzwerk von Sensoren, das auf Laternen installiert wurde und eine Reihe von Schadstoffen überwacht.

Zusätzliche Überwachungsstationen ermöglichen die Schaffung eines räumlichen Kontexts, den eine begrenzte Anzahl traditioneller Messstationen nicht bieten kann. Diese zusätzliche Erfassungsfunktion kann nun in Echtzeit exakt auf hochgradig verschmutzte Gebiete hinweisen. Das bedeutet, dass Stadtplaner, Fabrikeigentümer, Baustellenleiter und andere Fachleute besser fundierte Entscheidungen darüber treffen können, wie sie die Gesundheit der Arbeitnehmer schützen, Emissionen reduzieren und die Vorgaben für saubere Luft erfüllen können. Zudem sind damit Veranstaltungsplaner in der Lage, Trend-Daten zur Luftqualität bei der Planung ihrer Außen-Aktivitäten zu nutzen.

IoT-Techniken optimieren innerstädtische Verkehrsflüsse

Traditionelle Messstationen für Luftqualität können bis zu 167.000 Euro kosten, wodurch sie schwer zu skalieren sind. Die neuen MCMS-Stationen hingegen kosten bis zu 20 Mal weniger, sodass es für Städte viel erschwinglicher ist, mehrere solcher Stationen im gesamten Stadtgebiet zu installieren. Auch die laufenden Betriebskosten seien niedriger, weil die Ingenieure die Sensoren aus der Ferne überwachen könnten statt jeden Standort anfahren zu müssen, sagt Chikodi.

Intelligente Systeme sind ein wirksames Mittel im Kampf gegen städtische Luftverschmutzung.
Intelligente Systeme sind ein wirksames Mittel im Kampf gegen städtische Luftverschmutzung.

Neben intelligenten Luftqualitätssensoren lassen sich noch weitere Informations- und Kommunikationstechniken aus dem IoT-Bereich zur Verbesserung der städtischen Infrastruktur einsetzen. Dazu zählen intelligente Transporttechniken, smarte Beleuchtung, Parkplatz-Daten-Apps zum Auffinden verfügbarer Parkplätze und eine intelligente Energieverbrauchsmessung. Überwachungssysteme für Luftqualität könnten zum Beispiel in Kombination mit intelligenten Transportsystemen zur Verringerung der Luftverschmutzung beitragen, indem sie Verkehrsflüsse in überlasteten Stadtbereichen optimieren.

intelligentere Ampelschaltungen für saubere Luft

„Als Stadtplaner kann ich diese Daten nutzen, um den Verkehr in der Stadt besser zu organisieren“, sagt Sehra. So könnten sich beispielsweise mittels besserer Ampelschaltung die Emissionen stehender Fahrzeuge in bestimmten Bereichen begrenzen lassen, wo die Umweltverschmutzung höher ist. Die Behörden der Stadt wären zudem in der Lage, den Verkehr durch Umleitungen von besonders belasteten Gebieten fernzuhalten. Auch ließe sich eine Warnung an die Fahrer abgeben, die sie auffordert, von Benzin auf Strom zu wechseln und die Menschen könnten ermutigt werden, die öffentlichen Verkehrsmittel zu nutzen, meint Chikodi.

Die hohe Präzision der intelligenten Überwachungssysteme für Luftqualität gewährleistet, dass Städte in der Lage sind, die von Industrieunternehmen ausgestoßenen Schadstoffe präzise nachzuverfolgen, erläutert Chikodi. „Wenn Sie die Ursache kennen, können Sie gezielt emissionsmindernde Maßnahmen ergreifen“, hebt er hervor. „Alles, was wir messen können, können wir auch verbessern.“ Die hyperlokale Überwachung steigert die Luftqualität Straße für Straße – und das bedeutet frische Luft für alle.

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