Günstige Sensoren liefern fehlende Daten zur Luftqualität in afrikanischen Städten

Low-Cost-Sensoren in Kinshasa und Brazzaville liefern neue Informationen über die Luftverschmutzung und helfen Forschenden dabei, Modelle für einen besseren Zugang zu Daten über die Luftqualität zu erstellen.

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Übersetzung Gast , 28.06.21

Luftverschmutzung ist sowohl eine Gefahr für unser Klima als auch die menschliche Gesundheit. Zu den für uns Menschen gefährlichsten Luftschadstoffen gehören hohe Konzentrationen von Partikeln, die kleiner als 2,5 Mikrometer sind, auch bekannt als PM2,5. Diese feinen Partikel können sich tief in der Lunge absetzen und von dort in den Blutkreislauf gelangen. Forschende bringen PM2,5 auch mit Atemwegserkrankungen und vorzeitigem Tod in Verbindung. Dennoch fehlen in vielen Gegenden Informationen über die Luftqualität. Der Mangel an Daten hat unter anderem auch mit den anfänglichen und fortlaufenden Kosten für Geräte zur Überwachung der Luftqualität zu tun.

Mit kostengünstigen Sensoren konnten Forschende jedoch jahrelang Daten über die Partikelverschmutzung in in Kinshasa und Brazzaville, zwei Städten in Afrika südlich der Sahara, sammeln. In Kinshasa in der Demokratischen Republik Kongo und in Brazzaville in der Republik Kongo sind die PM2,5-Werte mehr als viermal so hoch wie der von der Weltgesundheitsorganisation festgelegte Standard, berichteten die Forschenden am 25. März in Aerosol and Air Quality Research. Damit unterstreichen die Daten die Notwendigkeit, die Luftqualität in diesen Städten zu verbessern.

Bislang gab es nur sehr wenige Informationen über die Luftverschmutzung in den Großstädten Kinshasa und Brazzaville, sagt Paulson Kasereka, Mitautor der Studie und Spezialist für natürliche Ressourcen an der Ecole Régionale Postuniversitaire d’Aménagement et de Gestion intégrés des Forêts et Territoires tropicaux (ERAIFT), einer Postgraduiertenschule in Kinshasa, die sich auf die Bewirtschaftung tropischer Wälder konzentriert. „Wir sind uns nicht bewusst, wie viele Leben dadurch möglicherweise verloren gehen“, so Kasereka. „Wir sind uns nicht bewusst, wie viele Menschen an Krankheiten leiden, die durch die Luftverschmutzung verursacht werden.“ Da die menschliche Gesundheit auf dem Spiel steht, könnten kostengünstige Sensoren eine leicht umsetzbare Antwort für eine verbesserte Überwachung der Luftverschmutzung sein. Und laut Kasereka könnten alleine schon die Daten aus dieser Studie die Regierung zu Maßnahmen anspornen, um die Luftverschmutzung zu reduzieren.

Besser zugängliche Überwachung

 MONUSCO Photos Hier in Kinshasa ist die Konzentration an PM2.5 in der Luft viermal so hoch wie von der WHO empfohlen.

In ihrer Studie setzten Kasereka und seine Kolleg*innen kostengünstige PurpleAir PM2,5-Überwachungssensoren ein. Diese Senoren sammeln Daten zur Luftqualität in Echtzeit und kosten jeweils etwa 250 Dollar. Vier Sensoren wurden in Kinshasa installiert, wo 14,3 Millionen Menschen leben, und ein Monitor wurde in Brazzaville platziert mit einer Bevölkerungszahl von 2,4 Millionen. An einem Standort in Kinshasa sammelte ein Sensor zwischen März 2018 und Juli 2020 Daten, an den anderen Standorten erfolgte die Datenerfassung zwischen November 2019 und September 2020.

Die Low-Cost-Sensoren, die das Team verwendete, kosten etwa 100-mal weniger als vergleichbare Sensoren in Forschungsqualität, schreiben die Autor*innen. Low-Cost-Sensoren sind jedoch aus einem bestimmten Grund billiger, sagt der Atmosphärenwissenschaftler Dan Westervelt vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University in New York, der ebenfalls Teil des Forschungsteams ist. Zum Beispiel seien die Optik und die Instrumente, die zur Messung der Partikel verwendet werden, rudimentärer als andere Forschungsgeräte.

Um genauere Daten zu erhalten, musste das Team also seine kostengünstigen Sensoren kalibrieren. Zu diesem Zweck stellten die Forschenden einen kostengünstigen Sensor neben ein hochentwickeltes, teures Instrument in Kampala, Uganda, das etwa 2.000 Kilometer von Kinshasa entfernt ist, um zu sehen, wie sich die Daten der beiden Geräte unterscheiden. Nach sechs Monaten erstellte das Team ein Modell zur Korrektur der Daten, die von dem kostengünstigen Sensor gesammelt wurden.

Obwohl Kampala weit von Kinshasa entfernt liegt, haben diese Städte ähnliche Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte. „Wir waren in der Lage, ein wirklich anständiges Modell zu bekommen“, so Westervelt. „Dies ist einer der ersten Versuche, einen Low-Cost-Sensor in Afrika südlich der Sahara zu kalibrieren.

Die kalibrierten Daten zeigten Trends in der PM2,5-Belastung in Kinshasa und Brazzaville. Die Partikelverschmutzung war tendenziell am frühen Morgen und um die Abendessenszeit am höchsten, was damit zu tun haben könnte, dass sich in diesen Zeiten viele Menschen hin und her bewegen, gekocht und Müll verbrannt wird – eines der Hauptmittel zur Abfallentsorgung. Die Wissenschaftler*innen beobachteten auch einen etwa 40-prozentigen Rückgang der PM2,5-Werte aufgrund der COVID-19-Einschränkungen in Kinshasa im April 2020. Die Autor*innen merken jedoch an, dass zukünftige Studien mehr Sensoren einsetzen sollten, um die lokalen Bedingungen in den Städten zu verstehen.

Zukünftige Bemühungen zur Verbesserung der Luftqualitätsüberwachung

Obwohl es Einschränkungen bei kostengünstigen Sensoren gibt, könnte der Ansatz des Teams eine umfassendere Überwachung der Luftqualität ermöglichen. Anstatt überall teure Messgeräte aufzustellen, könnten viele kostengünstige Sensoren Daten sammeln und mit einem Messgerät in einer nahe gelegenen Stadt oder Region abgeglichen werden, sagt Deo Okure, ein Wissenschaftler für Luftqualität bei AirQo in Kampala, Uganda, der nicht an der Arbeit beteiligt war.

Das Team plant, Sensoren in anderen Städten im Kongo und in Afrika südlich der Sahara hinzuzufügen. Ein weiterer nächster Schritt könnte sein, die Quellen der Luftverschmutzung zu untersuchen, so Okure. Die Partikelverschmutzung in dieser Region stammt hauptsächlich aus den Bereichen Verkehr, Energie und Industrie. Zum Beispiel stoßen Fahrzeuge Partikelverschmutzung aus und wirbeln Staub auf unbefestigten Straßen auf. Auch Holz oder Kohle, die zum Heizen und Kochen verbrannt werden, sind weitere Quellen der Luftverschmutzung. Daten, die diese Quellen aufschlüsseln, könnten die Bemühungen zur Verbesserung der Luftqualität unterstützen.

Diese Art von kalibrierten, kostengünstigen Sensoren könnten die Programme zur Überwachung der Luftqualität auf nachhaltige Weise verbessern, so Okure. Zum Beispiel könnten Gemeinden die Sensoren beherbergen und Schulen oder Vereine die Daten auswerten. Die Einbindung der Gemeinschaft, so Okure, würde zudem einen großen Beitrag dazu leisten, das Bewusstsein für die Bedeutung einer guten Luftqualität zu erhöhen.

Autorin: Carolyn Wilke

Dieser Artikel erschien im Original im AGU’s Eos Magazine und wurde hier im Rahmen von Covering Climate Now, einer globalen Initiative zur Stärkung der Klimaberichterstattung, nochmals veröffentlicht. Übersetzt hat den Artikel Sarah-Indra Jungblut.

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