Neue Sensortechnik zur Bewertung von städtischen Grünflächen

Wie hilft Stadtbegrünung beim Klimaschutz? Um verlässliche Aussagen darüber treffen zu können, haben Wissenschaftler*innen der Bergischen Universität kostengünstige Sensortechnik getestet: Das entwickelte Messsystem liefert positive Erkenntnisse beim Thema Feinstaubbelastung in der Umgebungsluft. Bisherige Lösungen basierten auf teuren Messinstrumenten und waren wirtschaftlich kaum vertretbar. Die Ergebnisse sind ein wichtiger Baustein beim Streben nach klimafreundlicher Stadtplanung, da sie niedrigschwellig verlässliche Daten liefern.

Wie hilft Stadtbegrünung beim Klimaschutz? Dieser Frage gingen Forschende der Bergischen Uni im Projekt SmartGreen nach. Bild: Bergische Universität

In der Weiterentwicklung von Städten tritt die Art der Gestaltung von Wohn- und Lebensräumen immer mehr in den Fokus. Die gezielte Begrünung von Stadtteilen gilt als sinnvoll, um das Wohlbefinden der Anwohnenden zu steigern, dient dem Hitzeschutz und kann – richtig eingesetzt – helfen, Gesundheitsrisiken zu reduzieren. Um einen möglichen Mehraufwand, besonders finanzieller Art, bei der Umsetzung von Neubauten und Restrukturierungsmaßnahmen gegenüber Bauträgern, Fördernden und der Bevölkerung zu rechtfertigen, braucht es vermehrt belastbare Fakten: Welchen konkreten Beitrag leistet Stadtbegrünung für die Luftqualität?

Im Projekt „SmartGreen“ haben Forschende des Instituts für Partikeltechnologie an der Bergischen Universität Wuppertal gemeinsam mit ihren Partnern von der HANZA Tech Solutions GmbH und der HELIX Pflanzensysteme GmbH nach Möglichkeiten gesucht, kostengünstig verschiedene Kennzahlen zur Bewertung von begrünten Stadtgebieten – horizontal wie vertikal – zu ermitteln. Dr. Matthias Kaul, der das Projekt zusammen mit Dr. Ganna Reznik an der Bergischen Universität leitet, erklärt die Ausganglage des Projekts genauer: „Viele von uns kennen sicher die Anzeigetafeln an Gebäuden, wenn diese mit Solarstrom versorgt werden. An ihnen lässt sich in Echtzeit ablesen, wie viel Strom gerade durch Erneuerbare Energien erzeugt wird. Unsere Idee war es, herauszufinden, ob derartige Möglichkeiten nicht auch für Ökosysteme wie im Fall der Stadtbegrünung existieren könnten.“ Nach heutigem Stand der Technik ist eine solche Aufnahme der Ökosystemleistung mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden.

Hohe Anforderungen an das Messsystem

Im Fokus des Projekts stand daher die Entwicklung eines mobilen Messsystems, bestehend aus einer hohen Anzahl kostengünstiger, frei programmierbarer, untereinander vernetzter und beliebig erweiterbarer Multisensoren zur Erfassung von Parametern wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Feinstaubbelastung sowie CO2, Sauerstoff und Stickoxiden. „Klassische Messgeräte zur Überprüfung des Feinstaubs in der Luft beispielsweise“, so Kaul, „kosten rund 20.000 Euro und messen üblicherweise diesen einen Parameter. Die für das Forschungsprojekt von unserem Partner HANZA entwickelten Multisensoren liegen bei einem Stückpreis von 200 Euro und lassen Aussagen über verschiedene Kennzahlen zu. Das ist neu und unterstreicht das enorme Potenzial, das wir darin sehen.“

Eine weitere Herausforderung, auf die das Projektteam mit dem Messsystem eine Antwort liefern wollte: In der Praxis beeinflussen ständig wechselnde Windverhältnisse die Qualität der Messungen, daher war den Forschenden die hohe Anzahl von Sensoren und ihre Vernetzung wichtig. „Wenn wir ein begrüntes Gebiet an zwei Punkten mit Messgeräten ausstatten, die zum Zeitpunkt X der Windrichtung entsprechend aufgestellt sind, dann haben wir ein Problem, sobald der Wind dreht. Ab dann können wir keine Aussagen mehr über die Luftqualität an Messstation A im Vergleich zur Messstation B treffen“, erklärt Kaul. Durch die Vielzahl der Sensoren im Versuchsaufbau findet sich immer ein Paar, das der aktuellen Windrichtung entspricht.

Messungen im selbst gebauten Windkanal

Um die Leistungsfähigkeit ihres entwickelten Messsystems zunächst unter Laborbedingungen zu überprüfen, baute das Projektteam einen mit unterschiedlichen Pflanzen ausgestatteten Windkanal. „Neben den Multisensoren haben wir auch mit sogenannten Referenzgeräten gemessen, also den teuren, bewährten Instrumenten, um zu sehen, ob wir gleiche Ergebnisse erhalten“, so Kaul. Das Resultat stimmte die Forschenden doppelt positiv: „Wir haben nicht nur die Bestätigung erhalten, dass die Sensoren einwandfrei messen, sondern im Messergebnis die doch überraschend hohe Leistung einer Efeubepflanzung in puncto Feinstaubreduzierung festgestellt. Im Windkanal reduzierte der Efeu eine bestimmte Feinstaubart in der Umgebungsluft bis um die Hälfte.“ Durch die Neigung und die Interaktion der Blätter untereinander wirkt die Hecke wie ein organischer Tiefenfilter. Bei Efeu deutlich besser als bei der ebenfalls getesteten Staudenbepflanzung.

Nach Abschluss der Tests im Windkanal haben die Wissenschaftler*innen und ihre Projektpartner das Messsystem nun in einem Außenlabor in Münster aufgebaut. Derzeit laufen die Messungen auf einem etwa 40 Quadratmeter großen bepflanzten Areal mit Sensoren auf unterschiedlichen Messhöhen. Für die Staubpartikelreduzierung aus der Umgebungsluft gibt es auch hier erste positive Tendenzen. „Weitaus schwieriger sind aktuell noch Aussagen über Auswirkungen auf gasförmige Bestandteile der Luft, wie beispielsweise CO2. Das haben die Tests im Windkanal bereits gezeigt. Ein Grund ist sicher die Konzentrationsänderung in der Umgebungsluft. Da diese relativ gering ist, lassen sich dazu noch keine eindeutigen Ergebnisse festhalten“, erklärt Kaul.

Besonders erfreulich für das Projektteam ist daher auch, dass nach der Testreihe in Münster noch nicht Schluss sein wird. Denn aufgrund der ersten vielversprechenden Ergebnisse erhielten die Beteiligten eine Projektverlängerung. Um noch mehr Daten sammeln zu können, vernetzen sie sich mit einem Forschungsprojekt in Stuttgart. „Die Kolleg*innen des Projekts BioDivFassade haben dort eine Hausfassade mit ganz unterschiedlichen Pflanzen begrünt, um Aussagen über die Entwicklung der Biodiversität in diesem Areal zu treffen. Wir erhalten nun die Möglichkeit, unser Messsystem an dieser Fassade weiter zu testen. Das ist großartig, denn gerade die vertikale Bepflanzung an Gebäuden wird in unseren Städten zukünftig eine immer größere Rolle spielen“, so Kaul. Sollte das Projekt zeigen, dass sich ein mobiles, kostengünstiges Messsystem auch für diesen Einsatzbereich lohnt, wäre das ein weiterer wichtiger Baustein auf dem Weg zur Gestaltung klimafreundlicher Lebensräume.

Bereits zum jetzigen Zeitpunkt sei vorstellbar, so Kaul, dass der Einsatz eines solchen Messsystems auch sinnvoll für den Arbeitsschutz sein könne. Wo Mitarbeitende mitunter gefährlichen Stoffen ausgesetzt sind, ist es umso besser, je leichter sich diese identifizieren und quantifizieren lassen.

Mehr Hintergrund zu SmartGreen

SmartGreen ist eines von insgesamt zwölf Forschungs- und Entwicklungsprojekten, die im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und vertreten durch die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), vom Innovationsnetzwerk urbaner Gartenbau, kurz INUGA, begleitet wird. Gefördert wurde SmartGreen über insgesamt zwei Jahre mit einer Fördersumme von rund 430.000 Euro. Die Weiterförderung für ein halbes Jahr ist bewilligt.

Über das INUGA-Netzwerk knüpften die SmartGreen-Forschenden Kontakt zum Stuttgarter Verbundprojekt BioDivFassade, sodass die Messungen mit den Multisensoren nun auch an einem vertikalen Grünfassadensystem erprobt werden kann.

Innovationstage

Ihre Ergebnisse vorstellen werden die Beteiligten der INUGA-Projekte auch im November in Berlin. Vom 4. bis 6. November finden dort die Innovationstage 2024 unter dem Leitthema „Zukunftsfähige Landwirtschaft: innovative Lösungen für Klimaschutz, Tierwohl und gesunde Ernährung“ statt. Die Innovationstage stehen im Zeichen von Wissenstransfer und Dialog und bieten alle zwei Jahre die Möglichkeit zur breiten Vernetzung der Akteur*innen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik und geben einen Einblick in die zukunftsweisenden Projekte aus der Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Matthias Kaul, Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Institut für Partikeltechnologie
Telefon 0202 / 439-1524
E-Mail mkaul@uni-wuppertal.de

Weitere Informationen:

https://www.inuga.de/home – Innovationsnetzwerk Urbaner Gartenbau
https://www.inuga.de/projekte/smartgreen – Projektwebseite SmartGreen
https://www.innovationsfoerderung-bmel.de/innovationstage – Innovationstage 2024
https://www.uni-wuppertal.de/de/news/detail/forschende-testen-neue-sensortechnik… – Pressemeldung für weiteres Bildmaterial