Skip to main content

Wearable chemical sensors for public health-based business models

Article Category

Article available in the folowing languages:

Drahtlose Sensoren für die Überwachung von Treibhausgasen

Schwankende Konzentrationen von Treibhausgasen und Luftschadstoffen zu messen, ist eine wichtige Voraussetzung, um die Folgen des Klimawandels und Risiken für die öffentliche Gesundheit zu beurteilen. Innovative Sensoren mit leistungsfähiger Funktechnologie sollen nun eine neue Ära der Umweltüberwachung einläuten.

Gesundheit

Seit Beginn der industriellen Revolution ist die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre aufgrund anthropogener Aktivitäten dramatisch angestiegen. Kohlenstoffsenken d. h. natürliche oder künstliche Reservoirs, in denen sich Luftschadstoffe und Treibhausgase sammeln und verbleiben – können dazu beitragen, die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu senken. Die wichtigsten natürlichen Kohlenstoffsenken der Erde sind Pflanzen, Ozeane und Böden. Pflanzen nehmen CO2 aus der Atmosphäre auf und nutzen ihn zur Photosynthese, wobei dieser Kohlenstoff in Form abgestorbener und zersetzter Pflanzenteile wieder in den Boden zurückgelangt. Auch Ozeane sind wichtige Kohlenstoffspeicher. „Die Überwachung von Reservoirs und Senken von Luftschadstoffen und Treibhausgasen ist nicht länger alleinige Aufgabe der Wissenschaft“, erklärt Leif Vogel, Koordinator des Projekts WoRShIP, der auch Direktor für Innovation und Entwicklung des Unternehmens WoePal, Deutschland, ist. „Überwachung ist auch in vielen anderen Anwendungsbereichen wichtig geworden. Die Exposition gegenüber Luftschadstoffen ist ein wesentlicher Einflussfaktor auf Gesundheit und Wohlbefinden, während landwirtschaftliche Anwendungen der nächsten Generation zur Überwachung von Umweltbelastungen und erhöhten Treibhausgaskonzentrationen konzipiert sind.“ Entscheidende Schwachstellen herkömmlicher Überwachungstechnologien sind jedoch mangelnde Empfindlichkeit handelsüblicher preisgünstiger Sensoren. Hochsensitive Sensoren hingegen sind noch zu teuer für eine Massenproduktion und großflächige Abdeckung. Satelliten ermöglichen zwar eine hohe räumliche Abdeckung, allerdings ist ihre räumliche und zeitliche Auflösung unzureichend.

Drahtlose Analyse des Verschmutzungsgrades

Auf der Suche nach neuen Lösungen stellte das Projekt WoRShIP marktreife Überwachungstechnologien vor, die verschiedensten industriellen, wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Anforderungen genügen. Eine Vorreiterrolle nahm hierbei das Unternehmen WoePal ein, das sich die bahnbrechende Technologie der photoakustischen Gasdetektion zunutze machte und die Technologie für kleine, hochempfindliche Gasanalysesysteme weiterentwickelte. Diese können verschiedenste Treibhausgase und Luftschadstoffe nachweisen sowie Treibhausgasflüsse und -konzentrationen messen. Besonders an der Technologie ist, dass sie in Kombination mit etwa Bluetooth- und Wi-Fi-Kommunikation den Aufbau funktionierender drahtloser Sensornetze erlaubt, und dass dieses photoakustische Prinzip sogar für tragbare Gassensoren geeignet ist. Vogel erklärt: „Im Rahmen von WoRShiP konnten wir einen Innovationspartner anwerben, mit dessen Hilfe wir wichtige Hard- und Softwarekomponenten entsprechend anpassen und auch eine modulare Softwareplattform zur vollumfänglichen Nutzung unserer neuen Sensoren aufbauen konnten.“ Die neue Softwareplattform kann für unterschiedliche Szenarien entwickelt werden, um etwa Massendaten oder Protokolle einzelner Sensoren zu erfassen, aber auch für große statische Überwachungsnetze zur Messung von Treibhausgasflüssen bis hin zu Dichtheitsprüfungen. In einer Anwendungspräsentation wurden die Funktionen der Plattform demonstriert, u. a. die Simulation von 1 000 tragbaren Gassensoren, die etwa 4 500 000 Einzelmessungen von Temperatur, Druck, relativer Luftfeuchte und Stickstoffdioxidkonzentration durchführten.

Neue Anwendungsmöglichkeiten

Vogel und seine Arbeitsgruppe gehen davon aus, dass ihre Innovation mehreren Endnutzenden zugute kommen wird, etwa Privatpersonen, die mit tragbaren Sensoren die Umweltbelastung messen wollen, aber auch größeren Überwachungsvorhaben, um den Erfolg von Maßnahmen zur CO2-Reduktion zu bewerten. „Weitere potenzielle Anwendungen sind intelligente Agrartechniken und die Überwachung der Umweltbelastung auf Deponien“, fügt er hinzu. „Schließlich eröffnet die Technologie neue wissenschaftliche Möglichkeiten wie die Überwachung von Gasflüssen an abgelegenen und schwer zugänglichen Orten.“ Zu den nächsten Schritten gehören der Aufbau einer marktreifen Softwareplattform und die Weiterentwicklung von Software und Sensor. Vogel erläutert: „Mit dem Projekt konnten wir unsere Geschäftsstrategie wesentlich ausbauen, denn wie heißt es so schön: Was nicht gemessen werden kann, kann auch nicht bewältigt werden. Wir hoffen, mit unserer Technologie einen Beitrag im Kampf gegen Klimawandel und Luftverschmutzung leisten zu können.“

Schlüsselbegriffe

WoRShIP, Klimawandel, CO2, Atmosphäre, Boden, Pflanzen, Schadstoffe, Luft

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich