Measuring air quality with IoT sensors: compliance with mandatory quality standards (Directive 2008/50/EC)
„Landesumweltamt stellt gravierende Qualitätsmängel an Messstation fest“ – so zu lesen Ende letzten Jahres (rbb24). Was sich auf den ersten Blick wie ein vernichtendes Urteil für technologisch neue Messverfahren liest, wirft bei näherer Betrachtung verschiedene Fragen auf: Was ist der Maßstab für die Qualität eines Luftmessgerätes? Welche Qualitätsstandards müssen eingehalten werden, wenn öffentliche Gelder für sie ausgegeben werden?
Wenn zusätzliche Messungen erforderlich sind, lautet die Schlüsselfrage: „Warum werden die Messungen überhaupt durchgeführt? Was soll mit den Daten erreicht werden? Dies geht in der Regel über die nachträgliche Meldung von Schadstoffwerten hinaus. Entscheidungsrelevante Informationen sollen gezielte Maßnahmen ermöglichen: Vom Schutz von Risikogruppen bis hin zu regulatorischen Anforderungen und technischen Lösungen. Dies erfordert eine ausreichende Abdeckung und Granularität, sowohl in räumlicher als auch in zeitlicher Hinsicht.
Wenn es um mehr geht als um die Erhebung personenbezogener Daten von Einzelpersonen, sondern darum, dass Kommunen Messungen durchführen, um die Bürger offiziell zu informieren, zu schützen oder Maßnahmen daraus abzuleiten, muss eine Qualität eingehalten werden, die verbindlichen Standards (wie der Richtlinie 2008/50/EG) entspricht. Die auf dem Markt befindlichen IoT-Messgeräte erfüllen diese Anforderung in der Regel nicht. Hawa Dawa ist hier die Ausnahme und bietet verlässliche Messergebnisse gemäß den Qualitätszielen der 39. BImSchV.
Das Hawa-Dawa-Messverfahren wurde im vergangenen Jahr vom TÜV Süd geprüft und im Prüfbericht hieß es ausdrücklich: „Die Qualitätsziele der 39. BImSchV für die orientierende Messung von Stickstoffdioxid werden … erfüllt.“ Mit diesen hochwertigen IoT-Messgeräten können flächendeckend und normgerecht Daten zur Luftqualität als zuverlässige Ergänzung zu den öffentlichen Messstationen ermittelt werden. Um diesen belastbaren Standard zu erreichen, muss das Messverfahren auf allen Ebenen auf die Qualität der Daten ausgerichtet sein: Bei der Hardware, dem Kalibrierungsalgorithmus und der Wahl des Standorts.
In einer idealen Welt könnten überall öffentliche Messstationen aufgestellt werden, die in Echtzeit, flächendeckend und stündlich Informationen über Luftverschmutzungswerte liefern, die dem Qualitätsstandard der „gleichwertigen Messung“ entsprechen. Dies ist aufgrund der hohen Kosten nicht machbar. In Deutschland gibt es EINE Messstation (für NO2) pro 150.000 Einwohner. Um eine hohe räumliche Abdeckung zu gewährleisten oder um die Luft an speziellen „Points of Interest“ zu messen, werden so genannte Passivsammler eingesetzt, deren Qualität dem Standard der so genannten „Referenzmessung“ entspricht.
Die Idee hinter diesen Passivsammlern ist, dass es sich um kleine Röhren handelt, die den Luftschadstoff NO2 über einen bestimmten Zeitraum sammeln. Sie werden dann entnommen und anschließend in einem Labor ausgewertet. Anschließend wird ein Durchschnittswert für den vergangenen Zeitraum ermittelt. Sicherlich schließen diese Passivsammler (auch NO2-Sammler genannt) – zumindest für einen Luftschadstoff (NO2) – die Lücke im Netz der öffentlichen Messstationen. Aufgrund ihrer Methodik sind sie jedoch nicht geeignet, zeitliche Muster oder kritische Situationen rechtzeitig zu erkennen oder Ursachen unter Berücksichtigung weiterer Einflussfaktoren zu identifizieren.
Sogenannte IoT-Messgeräte setzen hier auf moderne Technik, scheitern aber oft an der Zuverlässigkeit der Daten. Dennoch sollte man nicht übersehen, dass sich hier ein ganzes Feld von Herstellern mit den unterschiedlichsten Qualitätsansprüchen etabliert: Von einfachen Geräten für typische Citizen Science-Projekte mit klarem Fokus auf niedrige Kosten bis hin zu Geräten, deren Messverfahren unabhängig verifiziert sind und – wie die Passivsammler – dem Qualitätsstandard „Referenzmessung“ oder „orientierende Messung“ entsprechen. Es gibt also nicht das EINE IOT-Messgerät, für das eine einheitliche Bewertung abgegeben werden kann.
Die Verantwortlichen müssen die Kosten und die nachgewiesene Qualität der zusätzlichen Messgeräte berücksichtigen, wenn das Ziel darin besteht, zuverlässige Informationen über die Luftqualität zu erhalten.
