Heutzutage existieren unterschiedliche Methoden, um Schadstoffe in der Luft nachzuweisen und zu messen. Dabei kann grundsätzlich zwischen stationären und mobilen Messeinrichtungen unterschieden werden.
Eine stationäre Messstation an einer Hauptverkehrsader in Stuttgart
Dauerhafte Messstationen verteilen sich, meist in Form von Messcontainern, an ausgewählten Standorten über kommunale Gebiete. Weitere Informationen über die Luftmessnetze der einzelnen Bundesländer befinden sich auf der Website des Umweltbundesamts.
Solche Messeinrichtungen sind jedoch kostenintensiv und können nicht flächendeckend eingesetzt werden. Mobile Messeinrichtungen können ergänzend zu stationären Messungen eingesetzt werden und die Datenerfassung erweitern. Sie sind kostengünstig in der Anschaffung und flächendeckender, beispielsweise durch Bürgerbeteiligungsprojekte (Citizen Science) einsetzbar.
Die Besonderheit der mobilen Messungen ist, an unterschiedlichsten Orten temporäre und flexible kurzweilige Messungen durchzuführen. Das im Projekt UnLuBW zur Verwendung kommende Messsystem via Drohne soll zum Abschluss des Projekts für Kommunen in Baden-Württemberg zugänglich sein.
Die hohe Mobilität des Messsystems erlaubt einen schnellen, spontanen Einsatz, zum Beispiel im Falle eines Feinstaubalarms oder sich ausbildenden Inversionswetterlagen, bei welchen sich die Schadstoffe in und über der Stadt ansammeln und nur schwerlich abtransportiert oder verdünnt werden.
Um saubere Luft, also die Luftreinhaltung, per Gesetz zu gewährleisten, gibt es unterschiedliche Regelungen auf internationaler, als auch auf europäischer und letztendlich auf nationaler Ebene. Um auf Ebene der Europäischen Union die gesundheitlichen Auswirkungen aufgrund der Luftschadstoffe zu kontrollieren und zu beurteilen, wurden unterschiedliche Grenzwerte zur Sicherung der Luftqualität definiert. Eine in diesem Zusammenhang sehr relevante Richtlinie ist die EU-Richtlinie 2008/50/EG des Europäischen Parlaments über Luftqualität und saubere Luft für Europa. Mit der EU-Richtlinie 2008/50/EG wurden für verschiedene Stoffe Grenz- und Zielwerte festgelegt. Für die Gewährleistung einer Vergleichbarkeit der unterschiedlichen EU-Mitgliedsstaaten wurde in der Richtlinie außerdem geregelt, welche Lage und Mindestzahl an Probenahmestellen, also Messstationen, zu beachten sind und anhand welcher Kriterien die Luftqualität beurteilt wird.
Welche Grenzwerte in Deutschland gelten finden Sie auf der Seite des Umwelt-Bundesamtes unter dem jeweils aufgelisteten Luftschadstoff.
Bei der Messkampagne muss berücksichtigt werden, dass diese nicht uneingeschränkt durchgeführt werden kann. Je nach Wetterbedingungen und Genehmigungsstand müssen Drohnenflüge neu organisiert werden. Die Verantwortlichkeit für die Flüge liegt immer bei dem/der Pilot:in. Diese/r steht in der Verantwortung sicherzustellen, dass alle Gesetze eingehalten werden, die Genehmigungen korrekt und umfassend durchgeführt und eingeholt worden sind. Der/die Pilot:in versichert, dass keine Gefährdungen stattfinden und alle notwendigen Stellen informiert sind. Zudem müssen unbemannte Luftfahrsysteme (UAS) grundsätzlich haftpflichtversichert sein.
Vor Beginn eines Fluges ist es ratsam, durch den Flug betroffene Stellen zu informieren, wie beispielsweise das zuständige Polizeirevier oder die Rettungsleitstelle. Besonders in der Nähe von medizinischen Einrichtungen mit Helikopterbetrieb sollte der Flugbetrieb mindestens am Flugtag kurzfristig, besser aber im Voraus, mit den entsprechenden Stellen abgestimmt werden. Am Flugtag empfiehlt es sich, eine Anmeldung bei Krankenhäusern bzw. Rettungsleitstellen und Flugplätzen vorzunehmen, um Überschneidungen im Luftverkehr auszuschließen und kurzfristig bei Änderungen erreichbar zu sein.
Regen und höhere Windgeschwindigkeiten stellen ein Sicherheitsrisiko für den Betrieb von Drohnen dar und beeinflussen die Messungen maßgeblich. Durch hohe Windgeschwindigkeiten kann es zu Verwehungen der Drohne kommen, was die Absturzgefahr erhöht, und ein zu vermeidendes Risiko darstellt. Auch schlechte Wetterbedingungen schränken die Flüge ein. Bei bedecktem Himmel oder Nebel kann die Drohne möglicherweise nicht mehr, wie durch die meisten Genehmigungen vorgegeben, auf Sicht geflogen werden. Auch Regen verhindert den Start einer Mission. Geringe Temperaturen führen zu geringeren Akkuleistungen und können dadurch Einfluss auf die Flugzeit haben oder sogar zu sogenanntem Icing an den Rotorblättern führen.
Für jeden Flug müssen geeignete Startflächen gefunden werden, die ausreichend dimensioniert und gekennzeichnet werden. Sie müssen eine Rundumsicht zur Einsehbarkeit des Luftraums ermöglichen, was vor allem in dicht besiedelten Räumen oder Forstgebieten eine Herausforderung darstellen kann.
Sind alle Sicherheitsvorkehrungen getroffen und der Flug angemeldet, kann das konkrete Flugvorhaben starten und unterschiedliche Daten mit dem auf der Drohne montierten Sensorpaket gemessen werden. Ziel ist es, mobile, flexible und wenn möglich, spontane Messungen in allen Raumebenen durchzuführen. Die “Drohne” schwebt im sogenannten Hoverflug in verschiedenen Höhen, wo sie für ein paar Minuten verbleibt. Die erfassten Daten werden dann über die Zeit des Schwebens gemittelt. So erhält man nach einer Zeit ein vertikales Messprofil mit Daten. Diese Vorgehensweise wird an verschiedenen Messstandorten wiederholt und wenn möglich mit Bodenmessungen, z.B. der Messstationen der LUBW, ergänzt.
Die Nutzlast der Drohne, in diesem Fall die Sensorik, beeinflusst die Flugzeit maßgeblich, da mehr Motorleistung verwendet werden muss, um die Drohne in Fluglage zu halten. Aufstiegszeiten sowie Flugdauer sind entsprechend begrenzt durch die Technik, Wetterbedingungen und äußere Einflüsse wie Flugverkehr oder ähnlichem.
Nach Beendigung der Flüge meldet sich der/die Pilot:in bei den informierten Stellen ab.
Aktuell sind in den Städten Stuttgart, Lörrach, Kehl und Böblingen Messungen geplant
In den Datenbanken finden sich dann die Messdaten von Vertikalprofilen der unteren Atmosphäre. Beginnend vom Boden (z.B. einer Fahrradstraße) bis zu max. 250 m darüber. Die Messungen beinhalten CO2, NO2, Feinstaubmessungen sowie meteorologische Parameter wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchte sowie Windgeschwindigkeit und –richtung. Die Daten sollen einen Überblick über die Schadstoffverteilung in den Straßen, über der Stadt und dem Umland geben. Stadtplaner:innen und Bürger:innen können so den Einfluss von verkehrsplanerischen Maßnahmen abschätzen.
UnLuBW ist eine Forschungsprojekt, bei dem mithilfe einer Drohne und darauf montierter Sensorik temporäre Messungen durchgeführt werden, um an ausgewählten Standorten der teilnehmenden Partnerkommunen verschiedene Luftschadstoffe zu erfassen.
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