Feinstaub selbst messen: Was günstige Sensoren taugen

Ein Sensor für unter fünfzig Euro und ein WLAN-Modul genügen, um die Feinstaubbelastung am eigenen Balkon fortlaufend aufzuzeichnen. Bürgermessnetze haben daraus in den vergangenen Jahren eine Datendichte aufgebaut, die kein behördliches Netz erreicht.

Wie diese Sensoren arbeiten

Die verbreiteten Modelle sind optische Streulichtzähler. Ein kleiner Lüfter zieht Luft an einem Laser vorbei; jedes Partikel erzeugt einen Lichtblitz, dessen Stärke mit der Partikelgröße zusammenhängt. Die Elektronik zählt die Impulse und rechnet daraus eine Massenkonzentration.

Genau in diesem letzten Schritt steckt die Unsicherheit. Aus einer Zählung wird eine Masse nur über Annahmen zu Dichte und Form der Partikel. Ruß, Straßenstaub und Seesalz verhalten sich unterschiedlich, der Umrechnungsfaktor ist aber fest.

Das behördliche Referenzverfahren geht den umgekehrten Weg: Es saugt Luft über Stunden durch einen Filter und wiegt ihn. Das ist langsam, aber es misst tatsächlich Masse.

Die Feuchte-Falle

Der wichtigste systematische Fehler ist die Luftfeuchtigkeit. Ab etwa 70 Prozent relativer Feuchte lagern Partikel Wasser an und wachsen; bei Nebel zählt der Sensor zusätzlich reine Wassertröpfchen als Feinstaub.

Die Folge sind nächtliche Ausschläge, die wie eine Belastungsspitze aussehen und in Wahrheit die Taupunktkurve abbilden. Ein Datensatz ohne gleichzeitig gemessene Feuchte lässt sich deshalb kaum interpretieren; brauchbare Bausätze führen darum immer einen Feuchtesensor mit.

Was die Daten trotzdem hergeben

Der Wert dieser Netze liegt nicht in der absoluten Zahl, sondern in Ort und Zeit.

Ein behördliches Messnetz hat pro Stadt eine Handvoll Stationen. Ein Bürgernetz hat Hunderte und zeigt damit Unterschiede zwischen zwei Straßenzügen, die im offiziellen Netz strukturell unsichtbar bleiben. Und weil alle Geräte denselben systematischen Fehler machen, sind Vergleiche untereinander aussagekräftiger als der Vergleich mit dem Grenzwert.

Typische Muster lassen sich sauber herausarbeiten: der doppelte Berufsverkehrsgipfel, der Abendanstieg durch Kaminöfen in der Heizperiode, das Silvesterplateau, die Wochenendabsenkung in Gewerbegebieten.

Was sich daraus nicht ableiten lässt

Eine Grenzwertüberschreitung. Rechtlich zählt allein das Referenzverfahren an einem nach Richtlinie platzierten Standort; ein Balkonsensor erfüllt weder das eine noch das andere.

Ebenso wenig taugt der Einzelwert als Beleg gegen einen Nachbarn oder einen Betrieb. Was er liefert, ist ein Anfangsverdacht mit Zeitstempel, und damit ein Grund, eine belastbare Messung zu veranlassen.

Kalibrieren, soweit es geht

Eine echte Kalibrierung ist im Privatgebrauch nicht möglich. Dafür bräuchte es eine Referenzmessung am selben Ort. Zwei Behelfe bringen trotzdem viel.

Der erste ist die Ko-Lokation auf Zeit: Wer seinen Sensor für ein paar Wochen in die Nähe einer behördlichen Station hängt, bekommt einen Korrekturfaktor für den eigenen Aufbau. Einige Bürgernetze bieten das organisiert an.

Der zweite ist die Feuchtekorrektur. Aus Temperatur und relativer Feuchte lässt sich der wachstumsbedingte Anteil herausrechnen; die gängigen Auswerteplattformen bieten dafür fertige Formeln. Roh­daten ohne diese Korrektur sind bei Nebel schlicht unbrauchbar.

Was mit den Daten passiert

Die meisten Bausätze senden an eine offene Plattform, wo die Messwerte unter einer freien Lizenz landen. Das ist der eigentliche Zweck des Ganzen: Ein einzelner Sensor sagt wenig, ein Netz aus tausenden sagt viel.

Wer sich beteiligt, sollte den Standort so genau wie möglich hinterlegen — Höhe über Grund, Abstand zur Straße, Ausrichtung. Ein Messwert ohne Standortangabe ist für die Auswertung praktisch wertlos, und ungenaue Angaben verzerren die Karten mehr, als ein fehlender Sensor es täte.

Datenschutzrechtlich ist der eigene Balkon unkritisch, solange keine personenbezogenen Daten mitgesendet werden. Die genaue Adresse ist aber öffentlich sichtbar — wer das nicht will, verschiebt die hinterlegte Position um wenige Dutzend Meter.

Der Aufbau in der Praxis

Ein üblicher Bausatz besteht aus dem optischen Sensor, einem Temperatur- und Feuchtesensor, einem WLAN-Mikrocontroller und einem Gehäuse aus zwei ineinandergesteckten Rohrbögen, das Regen fernhält und Luft durchlässt.

Zusammengebaut ist das in einer knappen Stunde ohne Löten. Der Betrieb braucht eine dauerhafte Fünf-Volt-Versorgung, was in der Praxis über ein Netzteil am nächsten Fenster gelöst wird. Der Kabelweg nach draußen ist meist die eigentliche Hürde.

Die Lebensdauer des optischen Sensors liegt bei etwa zwei bis drei Jahren Dauerbetrieb; danach verschmutzt die Optik und die Werte driften nach oben.