Forschung ist teuer! Zeit, das zu ändern! Dr. Roman Gunold, machbar Potsdam/FabLab Leipzig

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1 Forschung ist teuer! Zeit, das zu ändern! Dr. Roman Gunold, machbar Potsdam/FabLab Leipzig

2 Die machbar Potsdam / der Wissenschaftsladen Potsdam e.v. Offene Werkstatt, die von jedermann genutzt werden kann Nutzung nach Richtlinien der Fab Lab Charter, die jedes Jahr weltweit gemeinsam mit allen Fab Labs weiterentwickelt und diskutiert wird (2012) Vermittlung wissenschaftlicher Inhalte für alle

3 Das Projekt "Meer davon Berlin liegt an der Nordsee" Aufbau einer DIY-Aquaponikanlage in Potsdam und in Nürnberg

4 Das Projekt "Meer davon Berlin liegt an der Nordsee" Entwicklung eines DIY-Messgerätes für die Bestimmung von Vor-Ort-Parametern

5 Auswahl der Parameter Wassertemperatur T in C elektrische Leitfähigkeit s in µs cm -1 ph-wert = -log 10 c(h 3 O + ) L mol -1 Redoxpotential E 0 in mv Sauerstoffgehalt in mg L -1 und -sättigung in % Ammonium, Nitrit & Nitrat in mg L -1 Sulfat, Sulfid & Sulfid in mg L -1 Chlorid, Phosphat in mg L -1 Wasserhärte in dh oder mg L -1 Säure- und Basenkapazität, Metalle, CSB, BSB 5, AOX... Organische Schadstoffe (Pestizide, POPs, Pharmaka)

6 Temperatur Effekt Physikalische Prozesse Energie Chemische Prozesse Kinetik Biochemische Prozesse Optimum Sauerstofflöslichkeit in Wasser Kinetik

7 Leitfähigkeit Menge der gelösten Ionen im Wasser ~ Total Dissolved Solids TDS Indikator für Salzgehalt Geologie und Boden Häuslische und industrielle Abwässer Einträge aus Landwirtschaft Einfluss auf Zellfunktion Im Wasser: Diffusion der Ionen von höherer zu niedrigerer Konzentration Durch semipermeable Membran (Zelle): Lösungsmittel (Wasser) wandert zu höherer Salzkonzentration

8 ph-wert Saurer (H 3 O + ) oder basischer (OH - ) Charakter Konzentration c(h 3 O + ) = 10 -ph mol L -1 In reinem Wasser c(h 3 O + ) = c(oh - ) neutral

9 ph-wert Bioverfügbarkeit von Nährstoffen Mobilisierung von Schwermetallen

10 Redoxpotential Aerob: O 2 H 2 O Anaerob: Redoxpotential E h in mv NO 3 - N 2, N 2 O, NO 2 SO 4 2- S 2- S S 2- CO 2, HCO 3 - CH 3 COOH CO 2, HCO 3 - CH 4 Fumarat Succinat Fe 3+ Fe 2+ Konzentrationsverhältnis von oxidierten und reduzierten Stoffen

11 Redoxpotential Verlauf des Redoxpotentials während Abwasserreinigung; Fachhochschule Köln, Campus Gummersbach -

12 Beispiel: O Encontro das Águas Vereinigung von Rio Negro und Rio Solimões zum Amazonas

13 T > 28 C s = 10 µs cm -1 ph = 5,2 E h = 450 mv [Fe] = 150 µg L -1 SPM = 10 mg L -1 Rio Solimões Rio Negro T < 22 C s = 100 µs cm -1 ph = 7,2 E h = 325 mv [Fe] = 10 µg L -1 SPM = 50 mg L -1 MULHOLLAND, Daniel Santos. Estudo da especiação e do fracionamento isotópico do ferro nas águas do rio Amazonas e de seus afluentes f., il. Tese (Doutorado em Geologia) Universidade de Brasília

14 Rio Solimões Nährstoffreich, viel Ca 2+ & HCO 3 - Fischreichtum: u.a. Schwarzer Pacu, Mylossoma, Arowana Santos, Ferreira, Zuanon (2009): Peixes comerciais de Manaus,

15 Fulvin- & Huminsäuren, viel Na + & K + Wenige Arten: Schwarzer Piranha, Leporinus, Myleus, Schwarzer Pacu Kaum Mücken Rio Negro Santos, Ferreira, Zuanon (2009): Peixes comerciais de Manaus,

16 Kaum Mücken Fruchtbare Böden Zusammenfluss südlich von Manaus, Amazonas, Brasilien

17 Messung der Parameter mit Sensoren Aufnehmer (Sensor) wandelt eine physikalische Größe in ein elektrisches Signal um

18 Die beiden Hauptkomponenten: Arduino-Hardware Arduino-Software Arduino Uno, das Einstiegsmodell weitere Boards: Arduino Mega, Leonardo, Nano, 101 etc. Arduino-IDE für die Programmierung des Arduino vom Computer aus

19 Die einzelnen Module Arduino LCD-Bildschirm SD-Karte Temperatur Leitfähigkeit ph-wert Redoxpotential

20 Und demnächst? ThingSpeak Arduino GSM-Modul Temperatur Leitfähigkeit ph-wert Redoxpotential

21 Das Internet der Dinge (IoT) ThingSpeak Die Heizung per SMS aus dem Urlaub in Betrieb nehmen... Die Online-Bestellung über das Internet verfolgen... Die aktuellen Parameter aus der Umweltmessstation abrufen kann man über das "Allesnetz" (Internet der Dinge / Internet of Things)

22 Ausblick: Nitratmessung Wittbrodt BT, Squires DA, Walbeck J, Campbell E, Campbell WH, Pearce JM. (2015) Open-Source Photometric System for Enzymatic Nitrate Quantification doi: /journal.pone

23 LINKS: Infos zu uns und zum Projekt: Infos und Code Sensorkit (im Aufbau): /Projects VIELEN DANK: