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Die Luftverschmutzung ist heute eine der größten Herausforderungen für europäische Städte. Im Rahmen des Horizon 2020-Forschungsprojekts CARES (City Air Remote Emission Sensing) arbeitet ein internationales Forschungskonsortium an neuen kontaktlosen Abgas-Messmethoden, mithilfe derer Kommunen emissionsmindernde Maßnahmen treffen können. Konkret wollen die Forschenden neue Sensoren entwickeln, die am Straßenrand, auf Leitplanken, oder Verkehrsschildern angebracht werden und vorbeifahrende Fahrzeuge in Sekundenschnelle detektieren.
„Wir wollen die Fahrzeugemissionen in Städten und Umweltzonen unter realen Bedingungen überwachen, ohne in den frei fließenden Verkehr eingreifen zu müssen“, erklärt Alexander Bergmann, Leiter des Instituts für Elektronische Sensorsysteme der TU Graz. Er und sein Team sind im Projekt hauptverantwortlich für alle Belange der Partikelmessung – ein Bereich, in dem das Institut weltweit zu den führenden Einrichtungen zählt.
Vielfältige Möglichkeiten zur Verkehrsregulierung
„Ziel ist es, mit den Messungen die Abgasklasse jedes einzelnen Fahrzeugs festzustellen“, erklärt Bergmann. Städte könnten dadurch beispielsweise eine emissionsbezogene Citymaut einführen: je höher die Abgaswerte des Autos, desto höher wäre die zu bezahlende Gebühr. Auch Einfahrtsgenehmigungen in Umweltzonen könnten automatisch überwacht werden, in dem automatische Schranken sich nur dann öffnen, wenn der Schadstoffausstoß des herannahenden Autos im Normbereich liegt. Schließlich könnten mithilfe der Sensorik jene Fahrzeuge identifiziert und aus dem Verkehr gezogen werden, bei denen mit manipulierten Partikelfiltern oder durch Chiptuning die Motorleistung und somit der Schadstoffausstoß erhöht wurde.
Stimmgabeln als Partikelmesser
Bergmann rechnet damit, dass kostengünstige Fernsensoren zur Emissionsmessung spätestens nach Projektende 2022 zur Serienreife gelangen. Er verweist aber schon jetzt auf erste vielversprechende Tests am Institut, in denen mit herkömmlichen Stimmgabeln gearbeitet wird. Diese werden durch Laserpulse in Schwingung versetzt. Die Partikel, die sich zwischen den Zinken der Stimmgabel befinden, werden durch die Schwingung angeregt und beginnen im wahrsten Sinne des Wortes zu „singen“. Dabei gibt jedes einzelne Partikel akustische Signale ab, die von der Stimmgabel aufgenommen und wiedergegeben werden. Je mehr Partikel es sind, desto lauter ist der Ton. Anhand der Lautstärke lässt sich dann feststellen, wie viele Partikel sich in der Umgebung befinden.
Die Technik kommt bei Gasmessungen schon erfolgreich zum Einsatz. „Unser Institut konnte nun erstmals zeigen, dass dies auch bei Partikeln funktioniert und eine Möglichkeit für einen Low-Cost-Sensor sein könnte“, so Bergmann. Die Forschenden der TU Graz hoffen, dass sich die Messmethode auch in den Metropolen Mailand, Prag und Krakau bewährt, wo die Untersuchungen im Rahmen des CARES-Projekts im Echtbetrieb durchgeführt werden.
Das Forschungsprojekt CARES wird im Rahmen des Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramms der Europäischen Union mit 3.326.735,50 EUR gefördert und ist im Field of Expertise „Information, Communication & Computing“, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz verankert.
Kooperationspartner
- Ivl Svenska Miljoeinstitutet (Leadpartner; SE)
- TU Graz (Institut für Elektronische Sensorsysteme; Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik; AT)
- Airyx Gmbh (DE)
- AMAT (Agenzia Mobilita' Ambiente E Territorio; IT)
- AUTh (Aristotle University of Thessaloniki; GR)
- CTU (Czech Technical University in Prague; CZ)
- CULS (Czech University of Life Sciences Prague; CZ)
- EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt; CH)
- ICCT (International Council on Clean Transportation; DE)
- IIASA (International Institute for Applied Systems Analysis; AT)
- Innovhub - Stazioni Sperimentali Per L'industria (IT)
- Krakowski Alarm Smogowy (PL)
- TNO (Niederländische Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung; NL)
- Universität Heidelberg (DE)
- University Of Leeds (GB)
- University Of York (GB)
