Folge 7 – UrbanAirLab

Katja Mannschreck ist seit 2015 an der Hochschule Heilbronn Professorin für instrumentelle Analytik und physikalische Chemie an der Fakultät Technik.

Sie forscht im Bereich der Luftqualität und beschäftigt sich insbesondere mit der Frage, wie sich Schadstoffe in der Atmosphäre messen, verstehen und bewerten lassen. Dabei verbindet sie klassische Messtechnik mit modernen datengetriebenen Ansätzen, insbesondere durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz.

Im Mittelpunkt steht ein Thema, das uns alle direkt betrifft: die Luft, die wir täglich einatmen. Obwohl Luftverschmutzung zu den größten globalen Gesundheitsrisiken zählt, bleibt sie für uns meist unsichtbar. Umso wichtiger ist es, sie präzise und kontinuierlich zu erfassen. Klassische Messstationen liefern dabei sehr verlässliche Daten, sind jedoch teuer und räumlich nur begrenzt verfügbar. Neue Sensortechnologien ermöglichen eine deutlich dichtere und flexiblere Erfassung der Luftqualität – stellen aber gleichzeitig höhere Anforderungen an die Auswertung und Qualitätssicherung der Messdaten.

Ein zentrales Beispiel für die Anwendung dieser Technologien ist die hochaufgelöste Analyse von Luftqualität in realen Umgebungen. Während punktuelle Messungen nur begrenzte Aussagen erlauben, können Sensornetzwerke Unterschiede auf kleinräumiger Ebene sichtbar machen, etwa zwischen stark befahrenen und ruhigeren Bereichen oder unter verschiedenen Wetterbedingungen. Damit entstehen neue Einblicke in Zusammenhänge zwischen Umweltbedingungen und Schadstoffbelastung, die bislang kaum zugänglich waren.

Die eigentliche Herausforderung liegt dabei nicht allein in der Messung, sondern in der Interpretation der Daten. Günstigere Sensoren reagieren empfindlich auf äußere Einflüsse und liefern zunächst nur Rohdaten mit Unsicherheiten. Hier kommen datengetriebene Methoden ins Spiel: Mithilfe Künstlicher Intelligenz können Messfehler erkannt, korrigiert und die Datenqualität deutlich verbessert werden. So entsteht aus einer Vielzahl von Einzelmessungen ein konsistentes und belastbares Gesamtbild der Luftqualität.

Am TechCampus der Hochschule Heilbronn wurde zu diesem Zweck ein eigenes Luftqualitätsmessnetz aufgebaut. Mehrere Sensorboxen erfassen kontinuierlich Schadstoffe sowie meteorologische Parameter und ermöglichen einen detaillierten Blick auf die Luftqualität direkt vor Ort. Dieses Messnetz dient als Reallabor, in dem neue Messmethoden unter realen Umweltbedingungen getestet, weiterentwickelt und wissenschaftlich bewertet werden können. Die reale Umgebung – mit wechselndem Wetter, Verkehrseinflüssen und alltäglichen Nutzungssituationen – bietet ideale Voraussetzungen, um Technologien praxisnah zu erproben.

Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der engen Verknüpfung von Forschung und Lehre. Studierende arbeiten aktiv im Projekt mit und lernen, wie Messsysteme aufgebaut, betrieben und ausgewertet werden. Sie beschäftigen sich mit der Erfassung und Verarbeitung von Sensordaten, wenden Methoden der Datenanalyse und Künstlichen Intelligenz an und lernen, Messergebnisse richtig zu interpretieren. Auf diese Weise wird theoretisches Wissen mit praktischer Anwendung verbunden und unmittelbar erfahrbar gemacht.

Das Thema ist vor allem im Studiengang Umwelt- und Prozessingenieurswesen der Hochschule eingebunden, insbesondere in Veranstaltungen zur Chemischen Analytik, Umweltchemie, Sensorik, Informatik und Datenanalyse. Studierende erwerben Kompetenzen an der Schnittstelle von Umwelt, Technik und digitalen Methoden. Diese interdisziplinäre Ausbildung ist besonders wichtig, da zukünftige Fachkräfte zunehmend in der Lage sein müssen, komplexe technische Systeme zu verstehen und gleichzeitig mit großen Datenmengen zu arbeiten.

Die im Projekt vermittelten Fähigkeiten eröffnen vielfältige berufliche Perspektiven. Absolventinnen und Absolventen finden Einsatzmöglichkeiten in Ingenieurbüros, Industrieunternehmen, im Bereich Messtechnik und Sensorentwicklung, in datenorientierten Berufsfeldern sowie in öffentlichen Einrichtungen und Forschungseinrichtungen. Besonders gefragt sind Fachkräfte, die technisches Verständnis mit Datenkompetenz verbinden und interdisziplinär denken können.

Das Campusmessnetz steht exemplarisch für die sogenannte Third Mission der Hochschule Heilbronn. Neben Forschung und Lehre übernimmt die Hochschule eine aktive Rolle im gesellschaftlichen Umfeld. Die gewonnenen Erkenntnisse werden nicht nur wissenschaftlich ausgewertet, sondern auch für praxisrelevante Fragestellungen aufbereitet und zugänglich gemacht. Dadurch entsteht ein direkter Bezug zwischen wissenschaftlicher Arbeit und realen Herausforderungen, etwa im Bereich Umwelt, Gesundheit oder nachhaltige Entwicklung.

Gleichzeitig stärkt das Projekt die Verbindung zwischen Hochschule und Region. Die am Campus entwickelten Methoden können perspektivisch auch über den Hochschulkontext hinaus Anwendung finden, beispielsweise in Kooperation mit kommunalen Partnern. Ziel ist es, langfristig eine bessere Datengrundlage für Entscheidungen zu schaffen und die Luftqualität transparent und verständlich darzustellen.

Insgesamt zeigt das Projekt, wie moderne Umweltmesstechnik, Digitalisierung und gesellschaftliche Verantwortung zusammenwirken können – und welche Rolle Hochschulen dabei spielen, innovative Lösungen für aktuelle Herausforderungen zu entwickeln und in die Praxis zu bringen.