Beschreibung
Seit zehn Jahren sind städtische Luftqualitätsplattformen (Urban Air Quality Platforms, UAQPs) ein wichtiges Instrument für die Sammlung, Verarbeitung und Visualisierung hyperlokaler Daten über städtische Emissionen. UAQPs sind in der Regel frei zugänglich und sorgen für Transparenz und ein Bewusstsein für Luftverschmutzung. Die Daten können entweder durch über die Stadt verteilte Sensoren oder durch Satellitenbilder bereitgestellt werden. Die Sensoren, die die Daten sammeln, können entweder von einem Betreiber (z. B. der Stadtverwaltung) oder auf Privatgrundstücken installiert werden.
Mit dieser Lösung sollen die folgenden Probleme gelöst werden:
Siloisierte AQ-Daten | Unerfasste Emissionen | Eingeschränkter Datenzugriff | Falsche Identifizierung von Emissionsquellen |
Rechtliche Anforderungen
Verordnungen
Die Politik der Europäischen Union im Bereich der Luftqualität zielt auf die Entwicklung und Umsetzung geeigneter Instrumente zur Verbesserung der Luftqualität ab. Daher müssen die europäischen Staaten ihr Hoheitsgebiet in mehrere Gebiete und Ballungsräume unterteilen. In diesen Gebieten und Ballungsräumen müssen die Mitgliedstaaten den Grad der Luftverschmutzung durch Messungen, Modellierung und andere empirische Verfahren ermitteln und der Europäischen Kommission entsprechende Daten zur Luftqualität übermitteln.
Die Europäische Kommission hat Grenzwerte für die Konzentration von Luftschadstoffen festgelegt, die die Mitgliedstaaten zu einem verantwortungsvollen Umgang mit den Quellen verpflichten. Darüber hinaus sollen Informationen über die Luftqualität an die Öffentlichkeit weitergegeben werden.(Europäische Kommission, 2018)
- Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG: Die Richtlinie bildet den aktuellen Rahmen für die Kontrolle der Luftverschmutzung in der EU. Zu den Zielen gehören die Begrenzung der Emissionen aus mobilen Quellen, die Verbesserung der Kraftstoffqualität sowie die Förderung und Einbeziehung von Umweltschutzanforderungen in den Verkehrs- und Energiesektor.
- Richtlinie 2015/1480/EU Legt die Regeln für Referenzmethoden, Datenvalidierung und Probenahmestellen für die Beurteilung der Luftqualität fest.
- Richtlinie 2010/75/EU Über Industrieemissionen
- Richtlinie/2284/EU: Über die Verringerung der nationalen Emissionen bestimmter Luftschadstoffe. Diese Richtlinie erzwingt die Reduzierung von Luftschadstoffen wie SOx, NOx und VOCs.
- Bundes-Immissionsschutzgesetz - 39. BImSchV : Das Verfahren zur Ermittlung der städtischen Emissionsquellen in Deutschland ist in der 39. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (39. BImSchV) festgelegt. Dieses Bundesgesetz basiert auf der EU-Richtlinie 2008/50/EG.
Betriebsmodelle
Betriebsmodell für eine Datenplattform zur Luftqualität (BABLE, 2021)
Geschäftsmodell
Fakten zur Implementierung
Durchschnittliche Umsetzungszeit:0,1 - 1 Jahr
Erstinvestitionsbetrag: weniger als50.000 €für einen Stadtbezirk
Marktübersicht
Laut einem Bericht von Business Wire wird der globale Markt für Luftqualitätsüberwachungssysteme inmitten der COVID-19-Krise auf 3,47 Milliarden Euro geschätzt. Es wird prognostiziert, dass er bis 2027 eine revidierte Größe von 4,63 Mrd. EUR erreichen wird, mit einer CAGR von 4,4 %.
Der globale Markt für die Überwachung der Luftqualität ist inInnen- und Außenluftüberwachung unterteilt. Städtische Luftqualitätssysteme werden als Außenüberwachungssysteme klassifiziert. Diese können weiter kategorisiert werden in feste, tragbare, Staub- und Partikelmonitore und Luftqualitätsüberwachungsstationen.
Kosten
Die derzeitigen technologischen Fortschritte bei den Luftqualitätssensoren haben sowohl die festen als auch die variablen Kosten der UAQPs-Plattformen für die Luftqualität in Städten erheblich gesenkt. Zu den festen Kosten gehören die Software, bestehend aus der Kommunikations-API und der grafischen Web-Benutzeroberfläche. Zu den variablen Kosten gehören u. a. Kalibrierung und Wartung.
Neue Technologien machen die Wartung und Kalibrierung vor Ort größtenteils überflüssig und verlagern diese Funktionen in einen Cloud-Dienst. Daher umfassen die Betriebskosten dieser Art von Plattformen auch cloudbasierte computergestützte Wartungsmanagementsysteme.
Die Sensibilisierung der Bürger und ihr Verständnis für die städtischen Luftqualitätssysteme ist für jede UAQP-Umsetzung erforderlich. Daher müssen die Fixkosten ein Bürgerportal und Kampagnen zur Bürgerbeteiligung umfassen.
Auswirkungen der Luftverschmutzung:
1) Globale Erwärmung
2) Laut einer von der UCL mitverfassten Studie ist schätzungsweise jeder fünfte Todesfall pro Jahr auf die Verschmutzung durch fossile Brennstoffe zurückzuführen, und im Jahr 2018 starben etwa 8,7 Millionen Menschen allein aufgrund von Emissionen aus fossilen Brennstoffen. Davon werden 21,5 % auf Feinstaub zurückgeführt. Abbildung 1 veranschaulicht die Verteilung der Todesfälle als Ursache der Luftverschmutzung.
Abbildung: Durchschnittliche PM2,5-Belastung im Freien und Gesamtzahl der Todesfälle durch Luftverschmutzung nach Region im Jahr 2013(Weltbank, 2013)
3) Im Jahr 2016 erklärte die WHO, dass92 Prozent der Weltbevölkerung in Gebieten lebten, in denen die Luftverschmutzung die Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation für die Luftqualität überstieg.
4) Die Auswirkungen der Luftqualität auf die Menschen kosteten die Weltwirtschaft im Jahr 2013 schätzungsweise190 Milliarden Euro(Weltbank, 2013).
Ursachen der Luftverschmutzung in Innenräumen:
Wie bereits erwähnt, sind anthropogene Quellen die Hauptverursacher von Luftschadstoffen. Luftverschmutzung kann jedoch auch durch natürliche Quellen verursacht werden, z. B. durch vulkanische Aktivitäten (die hauptsächlich SO2, CO2 und HF freisetzen), Sandstürme wie den Saharastaub und Ozon, das durch die Reaktion von Sonnenlicht mit Sauerstoff entsteht. Die anthropogenen Quellen emittieren jedoch mit einer viel höheren Rate und Dichte.
Anthropogene Quellen können in mobile, stationäre und flächenhafte Quellen unterteilt werden. Bei den mobilen Quellen handelt es sich um verkehrsbedingte Emissionen, z. B. von Fahrzeugen, Seeschiffen und Zügen. Luftschadstoffe in Abgasen entstehen durch unvollständige Verbrennung von Kraftstoff. Kohlenmonoxid und unverbrannter Kraftstoff sind die wichtigsten Abgase, die von Benzinmotoren erzeugt werden.
Stationäre Quellen sind Kraftwerke, Industrieanlagen und Ölraffinerien. Deren Auswirkungen sind größer, wenn sie sich innerhalb des Stadtgebiets befinden. Die Energieträger mit dem höchsten Emissionsfaktor sind Braunkohle und Steinkohle, weshalb es weltweite Bemühungen um den Ausstieg aus der Kohle als Energieträger gibt.
Flächige Quellen schließlich können der Landwirtschaft und menschlichen Aktivitäten zugeordnet werden. Die landwirtschaftlichen Emissionen werden in der Regel unterschätzt; da jedoch Ammoniak NH3 und Methan CH4 die wichtigsten Luftschadstoffe sind, sind ihre Auswirkungen erheblich. Methan zum Beispiel hat ein 28-mal höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid.
Stakeholder Mapping
Stakeholder Map für eine Datenplattform zur Luftqualität (BABLE, 2021)
Unterstützende Faktoren
- Stadtweiter Einsatz von Sensoren zur repräsentativen Erfassung der Luftqualität
- Prioritätensetzung für Sensoren an Orten mit der höchsten Schadstoffkonzentration
- Starke und ununterbrochene Konnektivität zwischen physischen und digitalen Ressourcen
- Zustimmung der Bürger zur Installation von Sensoren in der gesamten Stadt
Unterstützende Organisationen
- Europäische Umweltagentur: Experten der EUA analysieren die europaweit überwachten Luftqualitätsdaten. Die verarbeiteten Daten fließen in Bewertungen ein, die den Entscheidungsträgern in ganz Europa dabei helfen, bessere Strategien und Regeln für den Umgang mit Luftverschmutzungsproblemen zu formulieren.
- Europäische Weltraumorganisation: Die ESA widmet sich der friedlichen Erforschung und Nutzung des Weltraums zum Wohle der Menschheit. Die ESA setzt Erdbeobachtungssatelliten zur Überwachung des Umweltzustands der Erde ein. Durch die Nutzung von Satellitendaten kann die ESA ein Gesamtbild der globalen Veränderungen zeichnen. Wissenschaftler und Regierungen können diese Daten nutzen, um unsere Umwelt zu verstehen, zu schützen und zu verwalten und die Erde für künftige Generationen zu bewahren.
- EU GFS: Die Gemeinsame Forschungsstelle der Europäischen Kommission arbeitet an der Harmonisierung von Luft- und Klimaüberwachungs- und Modellierungsmethoden. Zu diesem Zweck entwickelt die GFS kohärente Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionsinventare und -projektionen und führt ökonometrische Trendanalysen und Kostenschätzungen für Emissionskontrolloptionen durch. Derzeit werden neue Normen für Luftqualitätssensoren entwickelt, die weitere Innovationen im Bereich der UAQDPs vorantreiben werden.
