Mobile Feinstaubmessung im Stahlbau

Jugend forscht – Projekt 2022

Sieger in der Alterssparte Jugend forscht (15 Jahre und älter) wurde Nils Brettschneider, der für seine Arbeit zur Feinstaubbelastung im Stahlbau doppelt ausgezeichnet wurde (1. Preis und Preis der Ralph-Verdieck-Stiftung)

Dammann_Feinstaubmessung_Nils Brettschneider

Feinstaub ist ein immer wichtiger werdendes Thema in unserem Alltag. Diese winzigen, für unser Auge kaum sichtbaren Partikel können fatale Schäden anrichten. Für Unternehmen ist es also immer wichtiger seine Arbeiter vor diesen kleinen Partikeln zu schützen. Feinstaub ist besonders in der Industrie ein großes Thema und wird dennoch oft unterschätzt. 

Wirkung von Feinstaub auf den menschlichen Körper

Zum Schulprojekt

Im Projekt „Mobile Feinstaubmessung im Stahlbau“ geht es um das aktuelle Thema Feinstaub, welcher als eine der wichtigsten Ursachen für Lungen- und Gefäßkrankheiten gilt und dessen Grenzwerte nach der Weltgesundheitsorganisation in vielen Städten weltweit verfehlt werden. In der Vergangenheit sind aufgrund von langjähriger und zu hoher Belastung von Feinstaub nämlich bereits viele Menschen erkrankt und an dessen Folgen frühzeitig gestorben (Vgl. Zinkant, 2016). Nils beschäftigt das Thema Feinstaub sehr. Um verwertbare Messungen durchführen zu können, hat er bereits einen Sensor programmiert, welcher von einem Einplatinencomputer, einem Raspberry Pi 3b+ ausgelesen wird. Der Schüler arbeite mit der Herbert Dammann GmbH zusammen, bei der er im Arbeitsbereich des Stahlbaus meine Messeinrichtung aufstellen durfte, um Feinstaubmessungen unter realen Arbeitsbedingungen vorzunehmen und diese im Anschluss auszuwerten. Hierzu ist bisher wenig bekannt, was auch für die Feinstaubbelastung an Bahnhöfen, Klassenräumen (Kreidestaub) und vielen weiteren Orten gilt. In zukünftigen Messungen möchte Nils weitere Maßnahmen identifizieren, mit denen die Feinstaubkonzentration in Abhängigkeit zu den ausgeführten Arbeiten reduziert werden kann. 

Projektarbeit

Messwerte vom 15.12.2021

Schaut man sich den Verlauf der Konzentration über einen gesamten Arbeitstag an  sind einige Tendenzen zu erkennen. Bis kurz nach 06:00 Uhr sinkt die Feinstaubkonzentration, was darauf schließen lässt, dass der Feinstaub mit der Zeit zu Boden sinkt. Über Nacht kommt es nämlich zu keinen Bewegungen in den Räumen des Stahlbaus. Ab 05:45 Uhr betreten die ersten Mitarbeiter die Produktionshalle und ab 06:00 Uhr wird mit den ersten Arbeiten begonnen. Das Sägen, Schleifen und Schweißen beginnt und es entsteht Feinstaub, der durch die Luft zirkuliert. Die einzelnen Maxima lassen sich durch die unterschiedliche Nutzung von Arbeitsgeräten erklären. Es wird nicht durchgängig geschweißt, sondern auch mal das zu bearbeitende Bauteil gewechselt oder auch aufgeräumt. Zur Frühstückspause von 09:15 Uhr bis 09:30 Uhr ist ein starker Abfall der Feinstaubkonzentration erkennbar, da zu dieser Zeit nicht gearbeitet wird und der Feinstaub zu Boden sinkt, ohne dass neuer Feinstaub entsteht.

Außerdem wurde anscheinend in dieser Pause gelüftet und die Tore der Halle geöffnet, was demzufolge ebenfalls Auswirkungen auf die Feinstaubkonzentration hat. Auch zwischen 10:28 Uhr und 10:57 Uhr scheinen Tore geöffnet worden zu sein, da zu dieser Zeit keine Pause stattfindet. Zur Mittagspause von 12:00 Uhr bis 12:30 Uhr wurden anscheinend keine Tore geöffnet, weshalb die Feinstaubkonzentration im Vergleich langsam abnimmt, da nur die Arbeitsprozesse unterbrochen wurden. Über den Arbeitstag sinkt und fällt die Feinstaubkonzentration immer wieder in ungleichmäßigen Abständen, was durch das Öffnen der Tore zu unterschiedlichen Zeitpunkten erklärt werden könnte. Es kommt nämlich immer wieder dazu, dass Tore geöffnet werden müssen, um Materialen in die Produktionshalle zu befördern. Der Anstieg der Feinstaubkonzentration nach 15 Uhr könnte durch eine Vielzahl an Säge-, Schleif- und Schweißarbeiten erklärt werden, da sich zu diesem Zeitpunkt noch nahezu alle Mitarbeiter an ihren Arbeitsplätzen befinden und ihre Arbeit verrichten. Ein Protokoll dazu fehlt jedoch auch hier. Ab 17:00 Uhr finden dann noch kaum Arbeiten statt, denn die meisten Mitarbeiter haben die Produktionshalle zu dieser Zeit bereits verlassen, und gegen 19:00 Uhr verlassen dann auch die letzten Personen das Werk, weshalb die Konzentration sinkt und bis Mitternacht auch nicht wieder ansteigt. Auffällig ist, dass die Graphen von PM2,5 und PM10 gleichzeitig ansteigen und abfallen.

Interview mit Nils Brettschneider

  • Wie bist du zu diesem Thema gekommen?
    • Durch Projektpartnerin, die sich für das Thema Smog im asiatischen Raum interessiert
    • Das Tragen von Masken schon seit Jahren in Asien 
  • Von wem hattest Du Hilfe für das Projekt?
    • Von der HERBERT DAMMANN GmbH
      • Standort für die Messung
      • Gehäuse und Kabelverbindungen für die Messapparatur
      • Spannungsversorgung durch Akku oder Stromnetz
    • Schulseitig: Lehrer aus den Bereichen Physik/IT
  • Wie lange arbeitest Du schon am Projekt?
    • Seit 2 Jahren
  • Bist Du technisch orientiert?
    • Ein wenig
    • Hat sich das Programmieren angeeignet  Raspberry 
  • Welche Messen/Vorführungen/Auszeichnungen?
    • Regionalwettbewerbe 2020  teilgenommen
    • Regionalwettbewerbe 2021  den 2. Platz
    • Regionalwettbewerbe 2022 den 1. Platz
    • Landeswettbewerb 2022 vom 21.03. – 23.03. in Lüneburg (Uni), findet online statt
  • Wo soll der Sensor zum Einsatz kommen?
    • Privater Einsatz
    • Für Unternehmen 

Luftdaten.info

Das Prinzip der optischen Messung von Feinstaub

Auszeichnung

Auszeichnung