Böllern für die Wissenschaft Studierende der FH Münster untersuchten Feinstaubbelastung an Silvester

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Masterstudent Tobias Krause vergleicht die Messwerte seines Sensors mit den gemittelten Werten aus der 24-Stundenmessung an Silvester. (Foto: FH Münster/Maxi Krähling)
Masterstudent Tobias Krause vergleicht die Messwerte seines Sensors mit den gemittelten Werten aus der 24-Stundenmessung an Silvester. (Foto: FH Münster/Maxi Krähling)

Die Daten zeigen es ganz klar: Um Mitternacht steigen die Werte für Feinstaub bis in den roten Bereich. Das haben am Silvesterabend 2019 kleine Sensoren gemessen, gebaut von Studierenden der FH Münster. Sie hatten ein Projekt aus der Hochschule mit nach Hause genommen und während der Silvesterfeierlichkeiten ermittelt, wie sich Feuerwerk, Wunderkerzen und Co. bei ihnen vor der Haustür auf die Feinstaubwerte auswirken – quasi Böllern für die Wissenschaft.

Dieser Versuch war Teil der neuen Lehrveranstaltung „IoT-Lab“ am Fachbereich Energie – Gebäude – Umwelt auf dem Steinfurter Campus. Beim Internet of Things (IoT) dreht sich alles um vernetzte, intelligente Gegenstände und Maschinen, die sowohl untereinander als auch nach außen mit dem Internet verbunden sind. Sie kommunizieren nicht nur miteinander, sondern auch mit dem Menschen – und verbinden dadurch physische und virtuelle Gegenstände zu einem großen Netzwerk. In der Lehrveranstaltung von Prof. Dr. Martin Höttecke haben die Studierenden gelernt, solche intelligenten Gegenstände zu programmieren und zu vernetzen.

Los ging es mit kleinen Mikrocontrollern, an die sie unterschiedliche Sensoren anschlossen. Damit konnten sie unter anderem Wasserstände, Luftfeuchtigkeit und eben die Feinstaubwerte am Silvesterabend messen und auswerten. „Das Ganze haben wir bewusst als offenes Lehrformat aufgezogen, bei dem sowohl Bachelor- als auch Masterstudierende teilnehmen konnten“, sagt Prof. Höttecke, Experte für Steuerungs- und Regelungstechnik sowie Gebäudeautomation. Die Besonderheit der Veranstaltung: Die Ergebnisse stehen nicht von vornherein fest. „Die Studierenden lernen mit unbekannten Fragestellungen umzugehen und selbstständig Lösungen dafür zu finden.“

Deshalb war es umso spannender, was bei den Feuerwerksmessungen herauskommen würde. „Die Aufgabe lautete: Den Sensor an Silvester ab mittags zuhause aufzubauen und für 24 Stunden messen zu lassen“, erklärt Florian Segger, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich EGU. „Ob das überhaupt funktionieren würde, wussten wir nicht.“

Es hat funktioniert. Messdaten aus mehreren deutschen Städten sind zusammengekommen, weil die Studierenden ihre Sensoren mit nach Hause genommen hatten. Gemessen haben sie unter anderem in Coesfeld, Stadtlohn, Greven, Leverkusen und Erfurt. Ganz klar zeigen die Daten, dass die Feinstaubbelastung wegen der Knallerei zum Abend hin ansteigt und dann um Mitternacht in Messwerten im roten Bereich gipfelt. „Der Tagesgrenzwert für Feinstaub, bei dem die Partikel maximal 10 Mikrometer groß sein dürfen, liegt bei 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft. Dieser Wert darf pro Jahr nur 35 Mal in einer Stadt überschritten werden. Wegen des Feuerwerks und der Böller lagen unsere Messwerte an Silvester im Schnitt zwischen 78 und 328 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft. Um Mitternacht gab es Spitzenwerte von über 1000“, erläutert Segger die Auswertung.

Mit selbstprogrammierten, kleinen Multi-Controllern inklusive Feinstaubsensor haben die Studierenden die Messwerte an Silvester aufgezeichnet. (Foto: FH Münster/Maxi Krähling)
Mit selbstprogrammierten, kleinen Multi-Controllern inklusive Feinstaubsensor haben die Studierenden die Messwerte an Silvester aufgezeichnet. (Foto: FH Münster/Maxi Krähling)

Die Ergebnisse hängen vom jeweiligen Standort der Sensoren und der Menge an abgeschossenem Feuerwerk in der Umgebung ab, aber Unterschiede sind zu erkennen. „Selbst diese einfache Technik zeigt, dass Feuerwerk enorm zur Feinstaubbelastung beiträgt“, sagt Prof. Dr. Isabelle Franzen-Reuter, Expertin für Immissionsschutz am Fachbereich EGU. Das zeigt sich am Beispiel von Erfurt im Vergleich zu den anderen Städten. Hier wurde ein Böllerverbot für die Innenstadt verhängt. So lag der Tageswert der Messdaten für Erfurt bei 78 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft.

„Wir haben ganz einfache Sensoren verwendet, die eine größere Toleranz aufweisen, und die Messungen sind auf einen sehr lokalen Bereich beschränkt. Aber die Daten sind trotzdem aussagekräftig“, sagt Prof. Höttecke. Auch die Studierenden sind von den Ergebnissen begeistert. „Diese Technik zum Anfassen hat vielen Spaß gemacht. Auch ohne große Programmierkenntnisse lässt sich sehr viel mit den Mikrocontrollern machen, und man erhält sehr schnell Messdaten. Ein paar Studierende haben kreative Anwendungsideen entwickelt und möchten diese im privaten Bereich ausprobieren“, berichtet Tobias Krause. Der Bachelorstudent hatte die Lehrveranstaltung als Tutor begleitet.

Da das IoT-Lab im ersten Versuch so erfolgreich angelaufen ist, möchte Prof. Höttecke es auch in den kommenden Semestern anbieten. „Wir nehmen die Erfahrungen und Ideen für ein weiterführendes Modul mit. Wünschenswert wäre es, wenn wir Daten zu unterschiedlichen Fragestellungen erheben könnten und Kollegen aus anderen Disziplinen diese für ihre eigene Lehre nutzen“, sagt Prof. Höttecke. Darauf würde Prof. Franzen-Reuter gern zurückgreifen. „Die Werte verdeutlichen, dass nicht nur Verkehr und Industrie für die Feinstaubbelastung verantwortlich sind, sondern gerade an Silvester jeder einzelne.“

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