Forschung und Entwicklung Umweltmesstechnik
Im Labor für Umweltmesstechnik (UMT-Labor) steht das Umweltkompartiment Luft – sowohl in der natürlichen als auch in der bebauten Umgebung – im Fokus der Forschungsarbeiten, die gemäß dem Grundkonzept des UMT-Labors sowohl messtechnisch als auch modellgestützt erfolgen. So ist auch in diesem Jahr das Team des UMT-Labors wieder auf internationalen Messkampagnen unterwegs, um mit Hilfe diverser Trägerplattformen (Fahrrad, PKW, Drohne und Flugzeug) für Sensorik, Quellen für Luftschadstoffe zu bestimmen. Ziel der durch öffentliche und private Träger geförderten anwendungsbezogenen Forschungsprojekte ist es, durch Online-Messungen luftgetragener Spurenstoffe Daten für die anschließende numerische Simulation realer Immissionsszenarien zur Luftqualitätsprognose bereitzustellen. Im Jahr 2024 erweitert das UMT-Labor den bisherigen Fokus um den Aspekt der Innenraumluftqualität, um das beschriebene Konzept bestehend aus Messung und Modellierung aus den Atmosphärenwissenschaften in den Bereich der Innenraumluftqualitätsbewertung zu transferieren.
Entwicklung und Einsatz von UAS-TechnologienSeit über einem Jahrzehnt werden im Labor für Umweltmesstechnik unbemannte Luftfahrtsysteme (UAS) für umweltanalytische Fragestellungen entwickelt, gefertigt und mit Messsystemen ausgestattet. Die Arbeiten reichen von der eigenständigen Konstruktion erster Drohnen bis hin zu komplexen Anwendungen in groß angelegten Forschungsprojekten. Der Einsatz von UAS ermöglicht die Durchführung innovativer, drohnengestützter Messungen, beispielsweise in der Umgebung des Düsseldorfer Flughafens oder zum Nachweis des Ferntransports ultrafeiner Partikel aus industriellen Quellen. Parallel dazu werden kontinuierlich neue Systeme zur Telemetrie, zur Luft-Boden-Luft-Datenübertragung, zur Freisetzung von Tracern sowie miniaturisierte Gas- und Partikelmesssysteme entwickelt.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Mitarbeit an VDI-Arbeitsgruppen, in denen Fragen der Normung für diffuse Emissionsmessungen, die Sicherheit von UAS sowie der Einsatz von Drohnentechnologien in der Umweltanalytik behandelt werden.
Luftschadstoffmessung und Messtechnik
Das Labor verfügt über langjährige Expertise in der Entwicklung und Modifikation von Messsystemen für die Untersuchung gasförmiger und partikulärer Luftschadstoffe. Nationale und internationale Forschungsprojekte bilden dabei den Rahmen, in dem kontinuierlich neue methodische Ansätze getestet und etabliert werden. Seit 2010 gehört auch die flugzeuggestützte Luftschadstoffmessung zum Tätigkeitsfeld.
Besonderes Augenmerk liegt derzeit auf der Untersuchung von Emissionen ultrafeiner Partikel aus dem Luftverkehr, deren räumlicher Ausbreitung sowie den gesundheitlichen Auswirkungen kurzzeitiger Exposition.
Atmosphärenwissenschaften, Luftqualität und Klimawandel
Die Arbeit des Labors ist in den breiteren Kontext atmosphärenwissenschaftlicher Fragestellungen eingebettet. Der Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung, menschlicher Gesundheit und Klimawandel ist dabei zentral. So lebten 2021 rund 99 % der städtischen Weltbevölkerung unter Bedingungen, die die WHO-Richtwerte zur Feinstaubkonzentration (PM2.5) überschreiten. Luftverschmutzung wird von der WHO als größte umweltbedingte Gesundheitsgefahr eingestuft, wobei ein erheblicher Anteil der Todesfälle auf Emissionen in Innenräumen zurückzuführen ist.
Eine präzise Beurteilung der Luftqualität setzt die detaillierte Analyse von Emissionsquellen, Emissionsfaktoren und der zeitlich-räumlichen Variabilität von Schadstoffemissionen voraus. Da zwischen Emissionsminderung und Schadstoffkonzentrationen in der Umgebung häufig nichtlineare Zusammenhänge bestehen und meteorologische wie photochemische Prozesse eine entscheidende Rolle spielen, ist die sorgfältige Planung und zeitliche Abstimmung von Minderungsstrategien notwendig.
Systemische Betrachtung und interdisziplinäre AnsätzeNeben der reinen Mess- und Modellierungsebene wird zunehmend eine systemische Betrachtungsweise verfolgt, die den gesamten Regelkreis von anthropogenen Emissionen, technologischen Entwicklungen, agrarwirtschaftlichen Verfahren und unternehmerischem Handeln einschließt. Politische und gesellschaftliche Maßnahmen zur Luftreinhaltung oder zum Klimaschutz werden dabei ebenso einbezogen wie ihre direkten und indirekten Auswirkungen.
Das Erreichen von Luftqualitäts- und Klimaschutzzielen erfordert die enge Bündelung und Vernetzung von Kompetenzen unterschiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen. Einen wesentlichen Beitrag leisten hier experimentelle Untersuchungen, die Modellierung atmosphärischer Photo-Oxidationsmechanismen sowie die Weiterentwicklung von Konzepten zur Bewertung der Innenraumluftqualität durch die Kombination von Online-Messungen, numerischen Simulationen und Modellvalidierungen.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Sascha Nehr
