Dem CO2 in der Luft auf der Spur

CO2-Sensoren

Kleine Sensoren mit grosser Wirkung


Die Schweiz erhält ein weltweit einzigartiges, dichtes CO2-Messsystem. 300 Sensoren sammeln für die Wissenschaft laufend aktuelle Messwerte. Diese bilden die Basis für atmosphärische Ausbreitungsmodelle der Empa.


Text: Michael Lieberherr, Bilder: Swisscom,




Mit dem Übereinkommen von Paris hat sich die Staatengemeinschaft im Jahr 2015 verpflichtet, die weltweiten Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Inzwischen haben über 190 Staaten das Abkommen ratifiziert. Einzelne Städte haben sich selbst noch ambitioniertere Ziele auferlegt. Was derzeit jedoch fehlt, sind die richtigen Werkzeuge, um die eigenen Fortschritte zu messen – zum Beispiel solche, die auf aktuellen Messungen der CO2-Konzentration basieren.


Das Projekt Carbosense schafft hier neue Möglichkeiten. Bald sind 300 über das ganze Land verteilte CO2-Sensoren im Einsatz, die in Echtzeit ihre Daten über das Internet der Dinge übermitteln. Bisher gab es schweizweit für die Messung von CO2 nur wenige Standorte. Dieses weltweit einzigartig dichte Sensornetzwerk erfasst die räumlichen und zeitlichen Änderungen der CO2-Konzentration in der Atmosphäre. Lukas Emmenegger, Projektleiter bei der Empa sagt: "Das CO2-Sensornetzwerk wird wertvolle Grundlagen liefern, um die natürlichen und die von Menschen verursachten Quellen sowie die Senken von CO2 in der Schweiz besser zu verstehen".


Der Röntgenapparat für CO2

Für die Stadt Zürich, in welcher das Sensornetzwerk besonders dicht vorgesehen ist, hat die Empa ein Modell entwickelt, das die CO2-Konzentration von zehn verschiedenen Quellen simuliert (siehe Abbildung). Zu diesen Emissionsquellen gehören zum Beispiel verschiedene Arten des Verkehrs, die Industrie oder Heizungen von Wohnhäusern. Die Empa wird die Sensordaten mit ihren Modellsimulationen verknüpfen, welches erst eine Emmissionsabschätzung ermöglichen wird. Lukas Emmenegger sagt: "Damit wird es Messungen in genügender Dichte geben, um den CO2-Ausstoss der Stadt Zürich praktisch in Echtzeit zu verfolgen. Ausserdem werden die Messungen wertvolle Informationen über die Ausbreitung von anderen Luftschadstoffen liefern". Die wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf Basis dieser schweizweit erfassten Sensordaten bieten wiederum Anschlusspunkte für die Verkehrsplanung, für die Gesundheitsprävention, für Entwicklungen im Zusammenhang mit Smart Cities, aber auch für ein besseres Verständnis des Austauschs von CO2 zwischen der Atmosphäre und der Vegetation.


Swisscom montiert die CO2-Sensoren an Antennenstandorten. Die 300 batteriebetriebenen Sensoren senden ihre Messwerte über das Low Power Network von Swisscom in die Rechenzentren des Swiss Data Science Center des ETH-Bereichs. Das Low Power Network bietet nur eine schmale Bandbreite. Dafür reicht es weit, übermittelt energiesparend und senkt die Vernetzungskosten. Damit eignet es sich für die Vernetzung von Umweltsensoren, Parkplätzen, Containern oder sonstiger kommunalen Infrastruktur.


Das Sensornetzwerk hat nicht nur einen Nutzen für die Wissenschaft, sondern auch für das Low Power Network selbst: Die über die ganze Schweiz verteilten Sensoren sind ein gutes Mittel, um die Netzqualität laufend zu prüfen. 



Verteilung der CO2-Konzentration (abzüglich Hintergrund von ca. 400 ppm) in der Stadt Zürich, gemittelt über die Jahre 2013-2014


Die Abbildung zeigt die Simulation eines atmosphärischen Ausbreitungsmodells, das auf dem Emissionskataster der Stadt Zürich basiert. Solche Modellrechnungen werden in Zukunft mit den Messungen des Sensornetzes verknüpft, um daraus eine bessere Schätzung der städtischen Emissionen abzuleiten.







Projekt Carbosense


Carbosense ist eine Zusammenarbeit zwischen der Empa, dem Swiss Data Science Center (SDSC), Decentlab sowie Swisscom. Das Projekt initiierten die Empa und Swisscom gemeinsam. Es wird durch nano-tera.ch mitfinanziert.

Im Januar 2017 hat Swisscom in Zürich ein LPN Experience Center eröffnet. Interessierte erhalten einen Einblick in die Möglichkeiten und Anwendungsfälle des Low Power Networks.


> Kontakt




Mehr zum Thema