Luftqualitätssensor: Welche Messgrößen sind wirklich entscheidend?

Zu Beginn des Jahres 2024 bietet TEQOYA seinen Kunden erstmals die Möglichkeit, die Qualität der Luft, die sie einatmen, selbst zu messen. Pierre Guitton, als Mitgründer von TEQOYA, einem 2015 gegründeten Startup, stehen Sie seit Jahren an der Spitze der Entwicklung von Luftreinigern, die auf gesundheitsschonenden und energieeffizienten Technologien basieren, wie etwa ozonfreie Ionisierung und E-Filtration. Welche konkreten Parameter analysiert Ihr Luftqualitätssensor S1?

Die erste Version unseres Luftqualitätssensors misst folgende Größen:

• Luftfeuchtigkeit: Ein optimaler Wert liegt zwischen 40 und 60 %. Eine zu niedrige Luftfeuchtigkeit kann Reizungen der Atemwege verursachen, während eine Feuchtigkeit über 60 % das Wachstum von Schimmelpilzen begünstigt, deren Sporen in der Luft schweben und zu den häufigsten Innenraumallergenen gehören. Hohe Luftfeuchtigkeit fördert zudem die Ausbreitung von Bakterien und Hausstaubmilben, was das Risiko von Atemwegserkrankungen erhöht.¹
• Temperatur: Ein seit Jahren etablierter Parameter, der entscheidend für das Wohlbefinden ist.

Wichtig ist, diese beiden Kriterien stets gemeinsam zu betrachten, da sie stark voneinander abhängen. Eine hohe Luftfeuchtigkeit bei gleichzeitig hoher Temperatur fördert beispielsweise besonders stark das Wachstum von Mikroorganismen.

• Fein- und Ultrafeinstaubpartikel: Der PM2.5-Indikator ist das gängige Maß für Partikelbelastung in der Außenluft und gibt die Masse der Partikel kleiner als 2,5 Mikrometer pro Volumeneinheit an. Unser S1-Luftqualitätssensor zeigt den PM2.5-Wert an und liefert in der AirObserver-App auch die Massenkonzentrationswerte für PM1.0 und PM10. Feinere Partikel dringen tiefer in unseren Organismus ein und gelangen bis in die Atemwege und den Blutkreislauf. PM1.0-Partikel sind daher besonders gefährlich, aber auch besonders schwer zu messen. 

Ihr neuer Luftqualitätssensor führt eine neuartige Bewertungsmethodik mit einem einzigartigen Indikator ein. Können Sie erklären, warum?

Die verbreitetste Methode für Luftqualitätsgeräte ist die Messung der Partikelmasse, wie soeben beschrieben. Wir haben jedoch festgestellt, dass dieser Ansatz zur genauen Beurteilung der Innenluftqualität unzureichend ist. Die schädlichsten Partikel sind oft submikroskopisch klein und tragen nur minimal zur Gesamtmasse bei. Ein massenbasierter Indikator überbewertet daher größere, weniger gefährliche Partikel und unterschätzt die Präsenz feinerer, schädlicherer Partikel — ein systematischer Messfehler bei der Beurteilung der tatsächlichen Luftgefährlichkeit.

Bei PM2.5-Messungen werden zum Beispiel Partikel nahe 2,5 Mikrometern gegenüber solchen nahe 0 Mikrometern übergewichtet. Dieser Unterschied ist bei PM1.0-Partikeln noch ausgeprägter: Partikel kleiner als 0,5 Mikrometer machen 90 % aller Partikel unter 1 Mikrometer aus — werden aber bei massenbasierter Messung kaum erfasst.

Um dieses Problem zu lösen, misst und analysiert TEQOYA die Partikelanzahl, nicht ihre Masse. Dieser Ansatz liefert eine weitaus präzisere und relevantere Einschätzung der gesundheitlichen Risiken der gemessenen Luft.

Abgesehen von einigen hochpreisigen professionellen Luftqualitätsmonitoren ist die für Verbrauchergeräte verfügbare Technologie kaum in der Lage, Partikel kleiner als 0,5 µm zuverlässig zu messen. Wie haben Sie diesen Faktor berücksichtigt?

TEQOYAs Mission ist es, jedem Menschen die Möglichkeit zu geben, die Qualität der Luft, die er atmet, zu beurteilen und zu verbessern. Die von uns verwendete Messtechnologie ist die beste im Mikrosensormarkt — und dazu noch französisch! Wir haben uns für den Sensor von Tera Sensor entschieden, der von der amerikanischen Organisation AQMD² als fähig anerkannt wurde, Partikel ebenso effektiv zu messen wie ein professionelles Referenzgerät — zu einem Preis, der 1.000-mal niedriger ist. Dies gilt sowohl für die drei üblichen Massenkonzentrationen (PM1.0, PM2.5 und PM10) als auch für die Partikelanzahl in drei Größenbereichen (0,3 bis 1 Mikrometer, 1 bis 2,5 Mikrometer, 2,5 bis 10 Mikrometer).

Obwohl dieser Sensor 1.000-mal günstiger ist, bleibt er Spitzentechnologie — weshalb unser Luftqualitätssensor zum Preis von 149 € inkl. MwSt. angeboten wird. Da wir es für einen Privatanwender nicht für vertretbar halten, dieses Budget zu überschreiten, haben wir folgenden Ansatz gewählt:

• Wir haben den besten „Massenmarkt"-Sensor integriert, der eine zuverlässige Partikelzählung ermöglicht. Die bei diesem Sensortyp verwendete Technologie erlaubt leider keine Erfassung von Partikeln kleiner als 0,3 Mikrometer, also insbesondere von Ultrafeinstaub.
• Auf dieser Grundlage haben wir internationale wissenschaftliche Forschungsergebnisse herangezogen, um die Menge der Ultrafeinstaubpartikel aus der Messung der Feinstaubpartikel abzuleiten: Rund 200 Studien haben die Partikelanzahl nach Größenbereichen in realistischen Szenarien gemessen. Diese Analyse erlaubt uns, eine Berechnungsregel für die Menge der Ultrafeinstaub-Partikel aufzustellen. Wir haben diesen Literaturüberblick durch eigene Labormessungen ergänzt.
• Diese Schätzung der Ultrafeinstaubpartikel wird dann mit den von der WHO 2021 festgelegten Qualitätsschwellenwerten verglichen, um unseren Kunden einen Luftqualitätsindikator zu liefern.

Die von unserem Luftqualitätssensor angezeigten Ergebnisse sind das Ergebnis eines dreigliedrigen Ansatzes: der hohen Sensorleistung, der wissenschaftlichen Kalibrierung der Ergebnisse und des Vergleichs mit Schwellenwerten anerkannter Behörden für Luftqualität und Gesundheitsauswirkungen.

Ihr Luftqualitätssensor misst Feinstaub, Temperatur und Luftfeuchtigkeit, aber kein CO2, kein Formaldehyd und keine VOCs (flüchtige organische Verbindungen). Warum diese Entscheidungen?

Es gibt zwei verschiedene Gründe für diese Entscheidungen.

CO₂ ist der klassische Indikator für schlecht belüftete Räume: Seine Konzentration hilft, das Risiko einer Ansammlung von Feuchtigkeit und Innenraumschadstoffen (VOCs, Partikel, Mikroorganismen usw.) zu beurteilen. Es beeinträchtigt unsere kognitive Leistungsfähigkeit (siehe unseren Artikel zu Luftqualität und Produktivität) und kann in geschlossenen Räumen bei Konzentrationen über 1.000 ppm Asthmaanfälle auslösen.

Die CO2-Sensortechnologie ist jedoch für zuverlässige Messungen kostspielig. Unserem Grundsatz treu bleibend, nur qualitativ hochwertige Produkte anzubieten, haben wir uns entschieden, lieber keine CO2-Messung anzubieten als eine von schlechter Qualität — die einzige Bedingung, um den Preis unseres Sensors in einem akzeptablen Rahmen zu halten.

Was Formaldehyd und VOCs im Allgemeinen betrifft, gilt dasselbe Leitprinzip: technisch einwandfreie und zuverlässige Produkte zu zugänglichen Preisen anzubieten. Derzeit ermöglicht die VOC-Messung keine effektive Unterscheidung zwischen verschiedenen Schadstofftypen. Daher entwickeln wir einen Luftqualitätssensor, der ihre Konzentration verfolgt — aber wir brauchen Zeit, um die Technologie auf das Niveau zu bringen, das unsere Kunden von uns erwarten.

Wie können Kunden ohne wissenschaftlichen Hintergrund die Messergebnisse praktisch verstehen und nutzen?

Kunden müssen die detaillierten Berechnungen und Schwellenwerte nicht verstehen, um unseren Luftqualitätssensor zu Hause nutzen zu können! Wir haben ein Farbcodesystem implementiert, das von Grün für gute Luftqualität bis Lila für ungesunde Luft reicht. Die insgesamt angezeigte Innenluftqualität spiegelt stets den schlechtesten Messwert aller gemessenen Kriterien wider. So wird der Nutzer informiert, egal ob es sich um ein Problem mit Verbrennungspartikeln oder einer Luftfeuchtigkeit handelt, die das Risiko der Entwicklung von Mikroorganismen und Allergenen birgt.

Hier eine Übersicht der Messeinheiten und Schwellenwerte, auf denen die Visualisierung Ihrer Luftqualität durch den S1-Monitor basiert:

Kleines Glossar der verschiedenen Geräte des TEQOYA-Luft-Mess- und Reinigungssystems:

• Sensor: Ein Gerät, das Lufteigenschaften analysiert und Partikel zählt.
• AirObserver-Plattform: Eine Anwendung, über die Sie auf alle Daten Ihres Sensors (einschließlich historischer Daten) sowie auf Informationen zur Außenluftqualität zugreifen können.
• Monitor: Ein Gerät, das Ihre Luftqualität verwaltet und die Daten des Innenraum-Luftqualitätssensors mit Außenluftqualitätsinformationen kombiniert.
• Luftreiniger: Ein Gerät, das Schadstoffe aus der Luft entfernt. TEQOYA-Luftreiniger nutzen ozonfreie Ionisierung und E-Filtration und sind in verschiedenen Versionen je nach Raumgröße und Nutzung erhältlich. 

Quellen

1. Studie von E.M. Sterling, veröffentlicht 1985 von ASHRAE
2. AQMD: Die South Coast AQMD ist die Regulierungsbehörde, die für die Verbesserung der Luftqualität in großen Teilen der Bezirke Los Angeles, Orange, Riverside und San Bernardino zuständig ist. Die Region beherbergt über 17 Millionen Einwohner, was 44 % der Gesamtbevölkerung Kaliforniens entspricht.
3. WHO Air Quality Guidelines - Leitfaden zur Partikelanzahl.