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  • Nachhaltigkeit

Klimaschützer Licht: Photonik als Schlüssel für bessere Luft und weniger Feinstaub

Eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Gesellschaft ist heute der Klimaschutz. Lichtbasierte Innovationen können hierbei einen maßgeblichen Beitrag leisten. Als „Green Photonics“ ermöglichen sie es unter anderem, die Luftqualität zu erhöhen. Photonische Anwendungen werden hierbei vor allem eingesetzt, um den Feinstaubausstoß zu kontrollieren oder die Feinstaubkonzentration zu messen.

, Cornelia Ehrler

Schon heute zeigen Studien, dass Photonik und optische Technologien einen positiven Beitrag zur Verbesserung der globalen Nachhaltigkeit leisten und den Klimaschutz fördern. Durch die Nutzung lichtbasierter Technologien konnten bereits im vergangenen Jahr rund 1,1 Milliarden Tonnen CO2 eingespart werden, so der deutsche Industrieverband Spectaris, der zudem bis 2030 eine Steigerung auf drei Milliarden Tonnen erwartet. Dies entspricht ca. 11 Prozent der vereinbarten CO2-Einsparungsziele des Pariser Klimaschutzabkommens.

Photonik-basierte Produkte und Anwendungen, wie Laser, Sensorik oder optische Systeme, können in verschiedensten Bereichen die Nachhaltigkeit fördern. So werden optische Technologien beispielsweise zur Verbesserung der Luftqualität eingesetzt. Das ist nicht nur mit Blick auf Diskussionen um Feinstaubbelastungen und Fahrverbote relevant: Bereits seit mehreren Jahren ist die Belastung der Luftqualität durch Feinstaub im Fokus von öffentlichen Debatten. In Europa werden derzeit in vielen Regionen die von der EU geforderten Ziele zur Verbesserung der Luftqualität verfehlt. Klar ist aber, dass Emissionen und Luftverschmutzungen einen großen Einfluss auf die Gesundheit der Bürger haben – ein verstecktes Risiko, das zu schweren Krankheiten führen kann.

Jenoptik will einen Beitrag dazu leisten, mittels photonischer Produkte den weltweiten Klimaschutz zu fördern. Zwei Beispiele aus dem breiten Produktspektrum illustrieren den Nutzen vor allem im Straßenverkehr.

Was ist Feinstaub eigentlich?

  • Von Feinstaub spricht man, wenn Partikel einen Durchmesser von weniger als zehn Mikrometer haben
  • Feinstaub entsteht vorwiegend durch Emissionen von Kraftfahrzeugen, Industrieprozessen oder Schornsteinen
  • Das Problem: Feinstaub sinkt nicht direkt zu Boden, sondern bleibt zunächst eine Zeitlang in der Atmosphäre
  • Je kleiner die Feinstaubpartikel, desto gesundheitsschädlicher sind sie
  • Teilchen, die kleiner als 2,5 Mikrometer sind, können in die menschliche Lunge eindringen

Grüne Kameras für weniger Feinstaub und eine sauberere Luft

In Wales wurden 2019 beispielsweise vier Straßen identifiziert, auf denen sich die Fahrzeugemissionen direkt auf die Luftqualität auswirkten. Um die Situation vor Ort zu verbessern, wurde auf wichtigen Straßenabschnitten mit schlechter Luftqualität die vorgeschriebene Geschwindigkeit auf 80 km/h (50mph) reduziert. Zur Überwachung des neuen Tempolimits werden SPECS-Kameras von Jenoptik eingesetzt. Diese ermitteln die Durchschnittsgeschwindigkeit vorbeifahrender Fahrzeuge, indem sie das Nummernschild des Fahrzeugs sowohl an einer Ein- als auch an einer Ausfahrt ablesen und so eine sehr genaue Geschwindigkeitsmessung über eine Strecke ermöglichen.

Generell bedeutet die Reduzierung eines Geschwindigkeitslimits noch nicht, dass sich Autofahrer daran halten. Die walisische Regierung wusste jedoch, dass diese Kameras bei der Einhaltung der Geschwindigkeitsbegrenzung sehr wirksam sind; viele Installationen haben bewiesen, dass die Fahrer die Geschwindigkeitsbegrenzungen an Orten, an denen SPECS-Kameras installiert sind, stets einhalten und mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit fahren, so dass die Emissionen reduziert werden.

Erste Berichte zeigten, dass dieser Ansatz genau wie erhofft funktioniert. Das Beschleunigen und Verlangsamen wird so vermieden und der Fahrer fährt über einen langen Streckenabschnitt mit einer konstanten Geschwindigkeit. Dieses Fahrverhalten gilt damit als sicherer, gleichmäßiger und umweltfreundlicher. So können sowohl gesetzlichen Anforderungen des Pariser Klimaschutzabkommens besser erfüllt wie auch die öffentliche Gesundheit unterstützt werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Fahrverhaltens ist eine deutliche Reduzierung der Zahl der Verkehrsopfer durch eine gleichmäßigere und sicherere Fahrweise.

Die für dieses Projekt verwendeten Kameras sind in leuchtendem grün gestaltet, um den Fahrern einfacher zu verdeutlichen, warum sie auf der Straße überwacht werden. Diese Farbgebung hat sich als hilfreich erwiesen, da es das Verständnis und die Akzeptanz verbessert.

Partikelsensoren im Einsatz für weniger Feinstaub und eine bessere Luftqualität

Schadstoffe lassen sich jedoch nicht nur auf den Straßen finden, sondern auch in den Innenräumen von Fahrzeugen. Abhilfe können photonische Systeme schaffen.

Denn diese bieten Autoherstellern und -zulieferern die Möglichkeit, die Luftqualität im Innenraum von Fahrzeugen zu verbessern.

Eingesetzt werden dafür sogenannte Partikelsensoren, welche kleinste Feinstaubkonzentrationen mit einer Größe von weniger als 2,5 Mikrometer Durchmesser in Fahrzeugumgebungen zuverlässig und präzise messen. Für solche Partikelsensoren hat Jenoptik ein laseroptisches Subsystem entwickelt.

Die hohe Messgenauigkeit des Sensors wird durch spezifische Präzisions-Polymeroptiken sowie eine hochgenaue Justage des opto-elektronischen Systems realisiert.

Das Szenario sieht vor, dass einer der Sensoren für die Überwachung und Optimierung der Luftqualität im Fahrzeug zuständig ist. Dies geschieht zum einen durch eine automatische Steuerung der Luftzufuhr, zum anderen verbessert der Einsatz von effizienten Luftfiltern die Qualität der Luft. Mit Hilfe eines zweiten Partikelsensors wird die Feinstaubkonzentration in der Fahrzeugumgebung gemessen. Darüber hinaus sind perspektivisch weitere digitalisierte Anwendungsfälle realisierbar, zum Beispiel eine Routenplanung, die die örtliche Luftqualität berücksichtigt.

Die Messgenauigkeit der Partikelsensoren ist der entscheidende Punkt, denn je kleiner Feinstaubpartikel sind, desto schädlicher sind sie für die Gesundheit. Feinstaubpartikel mit einer Größe von weniger als 2,5 Mikrometer dringen tief in die menschliche Lunge ein und stellen aufgrund von Ablagerungen ein Gesundheitsrisiko dar.

Doch wie ist der Partikelsensor im Detail aufgebaut? Für eine exakte Messung sind Laserdioden und Polymeroptiken zuständig – sie bilden somit das Herzstück der Sensoren. Mit Hilfe einer hochpräzisen Fünf-Achs-Justage wird beides zu einem laseroptischen Gesamtsystem montiert. Dadurch stellen wir die hohe Messgenauigkeit der Sensoren sicher.

Die Kernkompetenzen von Jenoptik liegen unter anderem in der Entwicklung, Produktion und Montage von präzisionsoptischen Systeme und der automatisierten Serienfertigung in Automotive-Qualität. Ebenso werden Komponenten und Systeme, die den Straßenverkehr weltweit sicherer machen, entwickelt, produziert und vertrieben.



Ansprechpartner Cornelia Ehrler - Kommunikation und Marketing Jenoptik

Über Cornelia Ehrler

Cornelia Ehrler ist seit 2010 in der Unternehmenskommunikation von Jenoptik tätig, vorrangig für die externe Konzernkommunikation und Initiativen, mit denen sich Jenoptik zu einem fokussierten Photonik-Konzern weiterentwickelt. Als Pressereferentin für alle Jenoptik-Themen rund um die Verkehrssicherheit unterstützt sie die Division Light & Safety in der Kommunikation zu Aufträgen und Projekten. Die studierte Anglistin hat ein Faible für englischsprachige Literatur und Kultur, dabei ganz besonders für den Celtic Fringe rund um die Irische See.

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