Luftföroreningar är människans enskilt största miljörelaterade hälsorisk. Varje år dör minst 7 miljoner personer för tidigt på grund av förorenad luft, enligt Världshälsoorganisationen. Luftkvalitet mäts oftast av stora, dyra mätstationer. Så behöver det inte vara. Snart går det att mäta i varje gathörn med små chalmersutvecklade sensorer som kan monteras i armaturerna på våra lyktstolpar.

Den nya luftkvalitetssensorn testas just nu i Västsverige. Bland annat har den monterats i armaturen på den här lyktstolpen i Mölndal. (Foto: Insplorion/Johan Bodell)

Tekniken testas i Västsverige just nu och forskare, företag och myndigheter hoppas att de optiska nanosensorerna snart ska kunna göra nytta på bred front.
– Med tanke på att luftföroreningar är ett globalt hälsoproblem känns det verkligen bra att kunna bidra med kunskap som kan leda till en bättre miljö. Med hjälp av små, portabla sensorer blir det både enklare och billigare att med hög precision mäta hälsofarliga utsläpp, säger chalmersforskaren Irem Tanyeli, som varit med och utvecklat den minimala sensorn.
För att den högteknologiska sensorn skulle kunna ta steget från labbet och ut i samhället har hon och forskningsledaren Christoph Langhammer på Chalmers samarbetat med Göteborgsföretaget Insplorion. Bolaget, som Christoph Langhammer var med och grundade 2010, har med hjälp av finansiering från Mistra innovation kunnat ta sig an en stor miljöutmaning: att kartlägga luftföroreningar med hög precision.
– Det här är ett bra exempel på hur en högskola och ett företag kan samarbeta, säger Christoph Langhammer, biträdande professor på institutionen för fysik på Chalmers. Båda parter bidrar med sin expertis för att få fram en ny produkt som kan bidra till ett mer hållbart samhälle.
Det är avgaser från vägtrafik som står för den största delen av kvävedioxidföroreningarna i luften. Att andas in kvävedioxidmolekyler är skadligt redan vid mycket låga koncentrationer. Bland annat påverkas våra luftvägar negativt och vi kan drabbas av hjärt- och kärlsjukdomar.
Den nya optiska nanosensorn kan med hög precision detektera ytterst låga koncentrationer av kvävedioxid – ända ner på miljarddelsnivå, (ppb). Mättekniken bygger på ett optiskt fenomen som kallas plasmoner. Det uppstår när nanopartiklar av metall blir belysta och fångar upp ljus av en viss våglängd. Christoph Langhammer och hans forskargrupp har arbetat inom området i över et decennium och nu börjar innovationerna se dagens ljus.
En prototyp av den nya luftkvalitetssensorn har redan testats i Sverige. De senaste två åren har Irem Tanyeli arbetat med att optimera sensormaterialet och har även prövat det under olika simulerade miljöförhållanden. Just nu provas tekniken i Mölndal genom ett samarbete med belysningsföretaget Leading Light, som utvecklar närvarostyrda och uppkopplade belysningssystem för hållbara städer. Sensorn har monterats i armaturen på en lyktstolpe och mäter mängden kvävedioxid i stadsluften.
– Förhoppningsvis kan den också integreras i annan infrastruktur, som till exempel trafikljus eller fartkameror, eller användas för att mäta luftkvalitet inomhus, säger Irem Tanyeli.
Förutom belysningsföretaget har flera bolag och samhällsaktörer visat intresse för den nya tekniken. Ett samarbete har inletts med Stenhøj Sverige som utvecklar gas- och rökanalysatorer för bilverkstäder och bilprovningar. Det pågår också ett samarbete med en tung aktör på miljöområdet: IVL Svenska Miljöinstitutet, som förenar forskning och utveckling i nära samverkan med näringslivet och det offentliga. IVL gör luftkvalitetsmätningar åt ett stort antal av Sveriges kommuner och arbetar även internationellt.
På taket på köpcentrumet Nordstan i Göteborg testar IVL sedan en tid tillbaka ett flertal olika sensorer, däribland den chalmersutvecklade kvävedioxidsensorn. Mätningarna görs inom ramen för ett innovationsprojekt som drivs av Göteborgs stad.
– För oss vore det väldigt användbart med luftkvalitetsensorer som är billiga, enkla och flexibla – samtidigt som de är pålitliga, säger forskaren Jenny Lindén på IVL Svenska Miljöinstitutet som leder luftdelen av Göteborgs stads projekt. Vi har referensinstrument som mäter med hög noggrannhet, men dessa är betydligt större och dyrare, och det vore mycket användbart att kunna kompletteringsmäta på många olika platser och se hur luftkvaliteten varierar i realtid.
Inom kort ska den nya kvävedioxidsensorn testas på fler platser i Göteborg.
– Vi ska sätta upp mätstationer längs med arbetet vid Västlänken. Det blir fyra sensorlådor som ska sitta i olika vindriktningar. Förhoppningen är att vi på sikt ska kunna upptäcka om det blir för höga luftföroreningshalter och att den informationen kan kopplas till ett varningssystem. Idag finns aktiva varningssystem för både buller och vibrationer, men inte för luftkvalitet. Därför är det viktigt att hitta sensorer som håller måttet.
Om nanosensorn från Chalmers blir godkänd finns många möjliga användare av den nya tekniken – till exempel kommuner eller myndigheter med ansvar för att se till att miljömål uppfylls.
Nyligen inleddes också ett internationellt samarbete. Det brittiska luftkvalitetcentret Urban Flows vid universitetet i Sheffield kommer att göra fälttester, där nanosensorns resultat ska jämföras med data från ett antal brittiska referensstationer och mätenheter.
– Det är brist på små funktionella kvävedioxidsensorer på marknaden. Vi ser den nanoplasmoniska sensorlösningen som klart intressant och ser fram emot testresultaten, säger professor Martin Mayfield vid Urban Flows Observatory på universitetet i Sheffield.
Men den nya sensortekniken är inte begränsad till att mäta kvävedioxid, utan kan anpassas för att upptäcka olika typer av ämnen. Därmed ligger vägen öppen för fler innovationer.
– Kvävedioxid är bara ett av många ämnen som kan detekteras med hjälp av optiska nanosensorer. Det finns stora möjligheter inom den här typen av teknik, säger Christoph Langhammer.

Filed under: SvenskTeknik