Luftsensoren für alle und überall
In weiten Teilen der westlichen Welt stand der Sommer 2023 im Zeichen der Luftverschmutzung. Infolge der intensiven und langanhaltenden Waldbrände in ganz Kanada sind die Luftqualitätswerte in den großen Ballungsgebieten sowohl in Nordamerika als auch in Europa drastisch gesunken, sodass oft der einfache Gang nach draußen ein potenzielles Gesundheitsrisiko darstellt. Die Luftverschmutzung ist jedoch keineswegs auf die freie Natur beschränkt – die Luftverschmutzung in Innenräumen kann sogar noch schlimmer sein. Einigen Schätzungen zufolge kann die Luft in Gebäuden bis zu fünfmal stärker als die Außenluft verschmutzt sein. „Heutzutage ist die Luftqualität in Innenräumen oft dermaßen schlecht, dass sie unsere kognitive Leistung, Produktivität und Gesundheit stark beeinträchtigt“, sagt Henrik Rödjegård, Forschungsleiter bei Senseair. Als Schlüssel zur Überwachung der Außen- und Innenluftqualität gelten Sensoren. Aber nicht irgendwelche Sensoren, sondern intelligente Sensoren, die in Massenproduktion hergestellt, überall eingesetzt und von allen genutzt werden können. Mit der Unterstützung des EU-finanzierten Projekts ULISSES arbeitet Senseair an der Entwicklung eines Sensors dieser Art. „Unser Ziel besteht darin, der Stadtplanung, der Arbeitgeberseite, Vermietenden und der breiten Öffentlichkeit Zugang zu den Informationen zu verschaffen, die benötigt werden, um intelligente Entscheidungen in Bezug auf die Luftqualität in Innenräumen und im Freien zu treffen“, fügt Rödjegård hinzu.
Umfassende Echtzeit-Überwachung der Luftqualität
Der Einsatz von Sensoren zur Überwachung der Luftqualität verkörpert kein neues Konzept. Gassensoren kommen sowohl in der Industrie als auch in der Landwirtschaft häufig zum Einsatz, um die Sicherheit des Personals zu gewährleisten und Prozesse zu überwachen und zu automatisieren. „Neu ist die wachsende Sensibilisierung der Öffentlichkeit für die Bedeutung der städtischen Innen- und Außenluftqualität, was die Nachfrage nach präziser, kostengünstiger und mobiler Gassensortechnologie belebt“, erklärt Rödjegård. Empfindliche und robuste optische Gassensoren bieten ein Höchstmaß an Stabilität und Spezifität. Leider sind sie aufgrund ihrer hohen Kosten, ihres hohen Stromverbrauchs und ihrer Größe nicht ideal für eine breite Anwendung geeignet. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden im Rahmen des Projekts ULISSES neue Technologien entwickelt, die kompakte, kostengünstige, stromsparende und vernetzbare Gassensorknoten ermöglichen, die eine umfassende Überwachung der Luftqualität in Echtzeit bieten.
Integriert in das Internet der Dinge
Da die millimeterkleinen optischen Gassensoren von ULISSES im mittleren Infrarot-Spektralbereich arbeiten, können sie laut Rödjegård in Massenproduktion gefertigt und in tragbare Geräte integriert werden. „Unsere Sensoren beruhen auf integrierten Wellenleitern, d. h. sehr winzigen optischen Fasern, die das Licht auf der Oberfläche eines Chips leiten“, erklärt er. „Es werden außerdem zweidimensionale Materialien wie Graphen und Platindiselenid verwendet, die Infrarotlicht sowohl erzeugen als auch erkennen können, indem sie es in ein elektrisches Signal umwandeln.“ Dank dieses innovativen Einsatzes von Spitzentechnologien kann die ULISSES-Lösung in das Internet der Dinge und in eine Reihe von mobilen Alltagsgeräten eingebunden werden. „Dies öffnet die Tür für praktische Lösungen wie die Erstellung von Karten zur lokalen Luftqualität und die Versorgung der Nutzenden mit georeferenzierten Luftqualitätsdaten und -warnungen“, fügt Rödjegård hinzu.
Fundierte Entscheidungen über unsere Atemluft treffen
Im Rahmen des Projekts wurde nicht nur die Technologie entwickelt, sondern auch vorgeführt, dass die Chips ausreichend lange Wellenlängen für die Hochleistungs-Gassensorik erzeugen können. Die Forschenden überprüften außerdem die Funktionalität aller erforderlichen Teilkomponenten des Gesamtsystems. „Während unsere Arbeit an der Integration von Graphen in Sensorchips einen großen Fortschritt für die wissenschaftliche Gemeinschaft darstellt, bedeutet sie für Sie und mich, dass wir in der Lage sind, sachkundige Entscheidungen über die Luft zu treffen, die wir atmen“, schließt Rödjegård.
Schlüsselbegriffe
ULISSES, Luftsensoren, Internet der Dinge, Luftqualität, Luftverschmutzung, intelligente Sensoren
