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Jeder kann Feinstaub messen

Der kleinste Partikelsensor der Welt

30. September 2020, 14:53 Uhr   |  Heinz Arnold

Der kleinste Partikelsensor der Welt
© Lunghammer – TU Graz

Der an der TU Graz entwickelte Prototyp des Partikelsensors (das schwarze Quadrat in der Mitte der Platine) im Größenvergleich mit einer Ein-Cent-Münze.

Jetzt ist es erstmals möglich, gesundheitsgefährdendem Feinstaub auszuweichen: Ein energieeffizienter Sensor warnt.

Laut einer Studie der Europäischen Umweltbehörde (EEA) sterben allein in Europa jährlich über 400.000 Menschen vorzeitig an den Folgen der Feinstaubbelastung. Mithilfe von Wearables, die mit dem neuen Partikelsensor ausgestattet sind, kann jede und jeder Einzelne die Umgebungsluft überwachen und bei gesundheitsgefährdenden Feinstaubwerten sofort reagieren. Das war bisher nicht möglich.

Der Durchbruch gelang Paul Maierhofer im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz gemeinsam mit Fachleuten des Halbleiterherstellers ams und mit Forschenden von Silicon Austria Labs (SAL): Sie entwickelten den kleinsten Partikelsensor der Welt mit Abmessungen von 12 mm x 9 mm x 3 mm. Er ist also kleiner als zwei aufeinander gestapelte Ein-Cent-Münzen. Aufgrund seiner Größe ist er besonders energieeffizient und benötigt keine Wartung. Damit eignet er sich gut für den Einsatz in mobilen Geräten wie Smartphones, Smartwatches und Fitnessarmbänder, die nun erstmals die Qualität der Umgebungsluft in Echtzeit messen und bei erhöhten Feinstaubwerten Alarm schlagen können.

Die Fertigung des Sensors Der Halbleiterhersteller ams übernimmt die Fertigung in hohen Stückzahlen und will damit ein Preisniveau erreichen, das deutlich unter dem von derzeit verfügbaren Sensoren liegt.

Grundlage für die Entwicklung waren bekannte Verfahren konventioneller Messgeräte sowie moderne Fertigungs- und Integrationsmethoden, die das Projektteam in einem Innovationsprozess zusammenführten. Die Innovation ist die Miniaturisierung selbst, wie Maierhofer erklärt: »Der Sensor bewegt sich genau an der Grenze des physikalisch und technisch Machbaren. Eine Menge Kniffe waren erforderlich, damit der winzige Sensor funktioniert.«

In Wearables eingebaut, warnen die Geräte nun sobald sie in der Umgebungsluft gesundheitsgefährdende Feinstaubwerten messen: »Etwa, indem beim Joggen oder auf dem täglichen Weg in die Arbeit besonders belastete Strecken gemieden werden«, so Alexander Bergmann, Leiter des Instituts für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz und Doktorvater von Paul Maierhofer.

Die Luftqualität verbessern

Der Sensor kann selbstverständlich auch in stationäre Geräte integriert werden und lokal arbeiten – sowohl im Haushalt als auch im Freien. Damit können die Sensoren eine noch nie dagewesene Vielzahl an Messwerten liefern.

Bergmann ist überzeugt davon, dass das eine Zäsur in der Luftgüteüberwachung darstellt: »Eine engmaschige und flächendeckende Überwachung der Luftqualität scheiterte bisher an der Größe, der Komplexität und an den Kosten aktuell verfügbarer Messsensoren. Hier schließt unser Partikelsensor eine Lücke.«

Die gewonnenen Daten können als Grundlage für weitere Regulierungsmaßnahmen dienen sowie das Feinstaub-Problem noch stärker ins öffentliche Bewusstsein rücken.

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