Mit Drohnen Schadstoff-Verteilung genauer erfassen Automatisierte Flugsysteme können Vorhersage der Luftqualität verbessern

Drohnen haben ein sehr großes Potential, Messdaten für eine Verbesserung von Schadstoff-Modellen zu liefern. Bis zum regelmäßigen Einsatz ist es aber noch ein weiter Weg. So lautet das Fazit des Projekts MesSBAR, kurz für „Automatisierte luftgestützte Messung der Schadstoffbelastung in der erdnahen Atmosphäre in urbanen Räumen“, das im Rahmen des Modernitätsfonds des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr gefördert wurde.

Die Firma Leichtwerk AG entwickelte neuartige Drohnen als flexible Messplattformen, die vom Institut für Flugführung der Technischen Universität Braunschweig mit einem speziellen Sensorpaket ausgerüstet wurde. So konnten sie als fliegendes Messlabor zur dynamischen, dreidimensionalen Erfassung von Luftschadstoffen eingesetzt werden. Die wichtigsten Luftqualitätsparameter – Ruß, Feinstaub, Ozon, Stickoxide und Kohlenmonoxid – wurden zusammen mit Lufttemperatur und Luftfeuchte parallel im Flug erfasst und live an die Bodenkontrollstation gesendet. Dabei wurden anspruchsvolle Gewichts-/Größen- und Leistungsanforderungen an die Sensorik erfolgreich gelöst und sehr leichte Geräte an Bord der Drohnen integriert.

Die Projektpartner TROPOS (Weltkalibrierzentrum für Aerosol), Forschungszentrum Jülich und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (nationales Metrologie-Institut) sicherten im Projekt eine hohe Datenqualität und die Rückführung auf nationale Standards. Umweltbundesamt und Bundesanstalt für Straßenwesen integrierten die Anforderungen potentieller Langfrist-Nutzer solcher Systeme mit dem Ziel eines zukünftigen regelmäßigen Routineeinsatzes und einer verbesserten und häufigeren Bestimmung der Luftqualität.

Klares Fazit: Verbesserung der Vorhersage

MesSBAR realisierte erfolgreich den Drohneneinsatz an einer Messstation der Bundesanstalt für Straßenwesen bei Wesseling in Nordrhein-Westfalen. Möglich wurde dadurch die Kopplung von Schadstoffdaten an das EURAD-IM Modell („EURopean Air pollution Dispersion-Inverse Modell“) zur Vorhersage der Luftqualität.

Das Ergebnis: Wenn die gewonnenen Daten im Modell verwendet werden, verbessert sich die Prognose der Schadstoffkonzentrationen deutlich. Die zusätzlichen Daten zur Höhenverteilung liefern Informationen darüber, ob sich Schadstoffe je nach Wetterlage in niedrigen Höhen angereichert oder sich schnell in größere Höhen und auf größere Gebiete verteilt haben.

Hürden bei regelmäßigem Einsatz

Aus dem Projekt konnten die genaueren Anforderungen für einen regelmäßigen, automatisierten Einsatz von Schadstoff-Drohnen abgeleitet werden. Für einen regelmäßigen Einsatz eines solchen Systems müssen noch verschiedene Herausforderungen gemeistert werden: Eine Genehmigung für Flüge bedarf etwa einer umfangreichen Bewertung des damit verbundenen Risikos. Auch wurden Anforderungen und Folgearbeiten für eine Verbesserung der Systemsicherheit und Zuverlässigkeit abgeleitet. Die bei den MesSBAR-Flügen gewonnenen Erfahrungen bei der Einbindung der Drohnen in den Luftraum und die Abstimmung mit der Deutschen Flugsicherung waren hinsichtlich zukünftiger Messkampagnen ausgesprochen positiv und erfolgsversprechend.

Hintergrund:

Die Reinhaltung der Luft und die Begrenzung der Schadstoffbelastung sind von großer Bedeutung für die Sicherung der Lebensqualität. Schadstoffe werden üblicherweise an verschiedenen Standorten stationär gemessen und mit Modellen vorhergesagt. Die Verteilung der Schadstoffe in der Höhe kann jedoch bisher nur mit hohem Aufwand erfasst werden. Um die Vorhersagen zu optimieren und Maßnahmen zur Schadstoffreduzierung zu überprüfen, wurde im Projekt „MesSBAR“ ein flexibel einsetzbares Messsystem entwickelt, erprobt und angewendet. Das Projekt wurde im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds („mFUND“) mit insgesamt 2,27 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) von 2019 bis 2023 gefördert.

Über den mFUND des BMDV

Im Rahmen der Forschungsinitiative mFUND fördert das BMDV seit 2016 Forschungs- und Entwicklungsprojekte rund um datenbasierte digitale Anwendungen für die Mobilität der Zukunft. Neben der finanziellen Förderung unterstützt der mFUND mit verschiedenen Veranstaltungsformaten die Vernetzung zwischen Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Forschung sowie den Zugang zu den Datenportalen des BMDV. Weitere Informationen finden Sie unter www.mfund.de.