Fahrzeugemissionen: Neue Sensortechnologie zur Verbesserung der Luftqualität in Städten

Der Stimmgabelsensor ist ein erster Lösungsansatz, der im Projekt CARES verfolgt wird. Bildnachweis: Lungenhammer TU Graz

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 berührungslosen Abgasmessverfahren, die Kommunen in die Lage versetzen, emissionsmindernde Maßnahmen zu ergreifen. Konkret wollen die Forscher neue Sensoren entwickeln, die an Straßenrändern, Leitplanken oder Verkehrsschildern angebracht werden können und in Sekundenschnelle die Abgase vorbeifahrender Fahrzeuge erfassen.

„Wir wollen Fahrzeugemissionen in Städten und Umweltzonen unter realen Bedingungen überwachen, ohne in den fließenden Verkehr eingreifen zu müssen“, erklärt Alexander Bergmann, Leiter des Instituts für Elektronische Sensorsysteme der TU Graz. Er und sein Team sind in dem Projekt hauptverantwortlich für alle Aspekte der Partikelmessung, in denen das Institut zu den weltweit führenden Institutionen gehört.

Vielfältige Möglichkeiten der Verkehrsregelung

„Ziel ist es, anhand dieser Messungen die Abgasklasse jedes einzelnen Fahrzeugs zu ermitteln“, erklärt Bergmann. So könnten Städte beispielsweise eine emissionsabhängige City-Maut einführen: Je höher die Emissionen des Autos, desto höher die Gebühr. Einfahrtsgenehmigungen in Umweltzonen könnten auch automatisch überwacht werden, in denen sich automatische Schranken nur dann öffnen, wenn die Schadstoffemissionen des herannahenden Autos im Normbereich liegen. Schließlich könnten durch Sensorik solche Fahrzeuge identifiziert und aus dem Verkehr gezogen werden, bei denen mit manipulierten Partikelfiltern oder Chiptuning die Motorleistung und damit der Schadstoffausstoß erhöht wurden.

Stimmgabeln als Teilchenmesser

Spätestens zum Ende des Projekts 2022 rechnet Bergmann mit der Serienreife kostengünstiger Fernsensoren zur Emissionsmessung. Er verweist aber bereits auf erste vielversprechende Tests am Institut, bei denen herkömmliche Stimmgabeln zum Einsatz kommen. Die Partikel zwischen der Gabel werden durch Laserpulse angeregt, die wiederum ein akustisches Signal erzeugen und im wahrsten Sinne des Wortes zu „singen“ beginnen. Jedes einzelne Teilchen sendet akustische Signale aus, die von der Stimmgabel aufgenommen und wiedergegeben werden. Je mehr Partikel vorhanden sind, desto lauter wird der Ton. Anhand des Volumens kann dann bestimmt werden, wie viele Partikel sich in der Umgebung befinden.

Die Technologie wird bereits erfolgreich für Gasmessungen eingesetzt. „Unser Institut konnte nun erstmals zeigen, dass dies auch mit Partikeln funktioniert und eine Möglichkeit für einen Low-Cost-Sensor sein könnte“, so Bergmann. Die Forscher der TU Graz hoffen, dass sich das Messverfahren auch in den Metropolen Mailand, Prag und Krakau bewähren wird, wo die Untersuchungen im Rahmen des CARES-Projekts im Echtbetrieb durchgeführt werden.


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