Bij een brand kan veel rook vrijkomen. Het RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) heeft sensorkits gemaakt en die samen met de Veiligheidsregio’s getest. Deze sensorkits kunnen gebruikt worden om tijdens een brand een lokaal meetnet op te zetten en zo de luchtkwaliteit in real time te volgen. Het project heet DESIRE –en is in juni 2023 afgerond. Maar daarmee stopt het niet want de Milieuongevallendienst van het RIVM gaat de sensorkits inzetten.  

Sensoren geven nieuwe mogelijkheden

Een brand die langdurig veel rook veroorzaakt, roept veel vragen en zorgen op bij omwonenden. De veiligheidsregio informeert bewoners hierover. Zij beschikken over meetapparatuur en meetploegen die tijdens een incident kunnen worden ingezet.  Ook kunnen ze een beroep doen op de Milieuongevallendienst (MOD) van het RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu). De MOD kan met specialistische apparatuur gericht verschillende stoffen analyseren. Dat zijn echter momentopnamen op een beperkt aantal plekken. Ook is zijn er (veel) mensen nodig voor deze metingen.   Alleen het gebied waarop het incident effect heeft blijft niet steeds hetzelfde, doordat bijvoorbeeld de windrichting en de uitstoot veranderen.  

De technologische ontwikkelingen van sensoren gaan snel. De brandweer maakt al gebruik van de fijnstofsensordata op het Samen Meten dataportaal. Met DESIRE onderzochten we welke sensoren nog meer nuttig zijn om metingen te doen tijdens een brand. We ontwikkelden speciale sensorkits waarmee we flexibel een lokaal meetnet op kunnen zetten tijdens een incident. Dit kan de veiligheidsregio’s helpen om gerichter maatregelen te nemen.  

Ontwikkeling van sensorkits en (ijk)experimenten  

Foto 1 laat de ontwikkelingen van de sensorkit zien. De eerste versie (links) bestond nog uit losse componenten. De tweede versie (rechts boven) had een open behuizing. Het uiteindelijke ontwerp (rechts onder) heeft een stevige gesloten behuizing (met luchtinlaat en ventilator). De sensoren en board zijn vastgezet op een 3D geprint frame.

Foto 1 Overzicht van de ontwikkeling van de DESIRE-sensoren. Van losse componenten tot een sensorkit met stevige behuizing. 

Testen met koolmonoxide-ijkgas in het laboratorium 

Bij brand komt rook vrij. Een groot deel daarvan is fijnstof. De Samen Meten fijnstofsensoren kunnen dat goed meten.  Naast fijnstof bevat rook ook koolstofmonoxide (CO), koolstofdioxide (CO2 ) en verschillende vluchtige organische koolwaterstoffen (VOC). Koolstofmonoxide is het meest giftige gas. De detectie daarvan moet dus het meest nauwkeurig zijn. Voor fijnstof en CO2 is een grotere afwijking aanvaardbaar. Deze meetwaarden dienen meer ter beeldvorming. 

De CO-sensoren zijn daarom aangeschaft bij een fabrikant die ook specialistische meetapparatuur levert aan verschillende brandweerkorpsen in Nederland. Die zijn niet goedkoop (300 euro per stuk), maar kunnen koolstofmonoxide ook bij lage concentraties goed meten. De CO-sensoren zijn getest in een gasdoseerkast bij verschillende lage concentraties koolstofmonoxide (zie Foto 2). De sensordata zijn vergeleken met data van specialistische meetapparatuur voor koolstofmonoxide. 

Foto 2: Experiment met verschillende lage CO-concentraties. De blauwe apparaten zijn Q-tracks, het gele apparaat is een CO-meter van RAE. De DESIRE-sensorkits zijn in dit stadium van het project nog niet in de definitieve behuizing geplaatst.

Grafiek 1 Resultaten van 3 CO-sensoren (oranje en blauwe lijnen) tijdens de ijkexperimenten. De sensoren volgden de aangeboden hoeveelheid CO (groene lijn) stapsgewijs. 

Veldexperiment heidebrand 

De sensorkits zijn getest in het veld. De brandweer heeft ons uitgenodigd om metingen uit te voeren tijdens zogenoemde beheerbranden in heidegebied. Daarbij worden  stroken hei in brand gestoken. De sensorkits stonden naast de heidestrook.  Het vuur kwam letterlijk als een lopend vuurtje langs de meetopstelling (zie Foto 3 en 4).  

Foto 3 en 4 Testen van de DESIRE-sensorkit bij beheerbrand van de brandweer.   

In de grafiek hieronder is de ruwe (kwalitatieve) data te zien voor CO, fijnstof (PM10), CO2 en VOC. De uitstoot van de brand is goed te volgen. Als de brand voorbij is, dalen de sensoren weer snel naar hun achtergrondwaarden. 

Grafiek 2  Ruwe data van heidebrand experimenten.  

Brandexperiment Loenen   

De sensorkits zijn ook getest bij brandexperimenten op het brandweeroefenterrein in Loenen (zie Foto 5). Drie sensorkits zijn getest en vergeleken met onder andere een specialistische Fourier Transform InfraRood gas analyse-apparaat (gas FTIR).   

Foto 5. Verschillende foto’s tijdens brandexperimenten. De Sensorkits zijn in de zeecontainer geplaats. In de hoek werd met houtvuur gemaakt. Bij een tweede experiment werd het vuur bedekt met vochtig hooi om meer rook te genereren. Het gele apparaat (foto midden onder) is de gas-FTIR. 

Grafiek 3 laat de meetdata voor CO te zien. De waarden van CO zijn in millivolts. Software om dit om te rekenen naar ppm kan nog op de DESIRE-sensorkit geïnstalleerd worden.   

De grafiek laat zien dat CO- metingen van de gas-FTIR (in ppm) netjes wordt gevolgd door de uitput in millivolts van de CO-sensoren. Iets voor 11.00 uur werd de brand aangestoken en enkele keren opgestookt (meer lucht). Om 13.20 uur werd er vochtig hooi opgegooid voor meer rook. Dat geeft de hoogste piek. De meetwaarden tonen een consistent en betrouwbaar beeld! 

Grafiek 3 Data van CO-sensoren gedurende de brandexperimenten, vergeleken met gasFTIR. De Alphasense sensoren volgen precies de lijn van de nauwkeurige gasFTIR-meting. De resultaten van de CO sensoren zijn hier nog uitgedrukt in millivolts.  

De resultaten van de fijnstof en CO2 sensoren bij dit brandexperiment waren ook goed. De DESIRE- kits geven de concentraties van CO, CO2 en fijnstof goed weer.  

Hoe nu verder 

DESIRE  is nu officieel afgerond. Hoe gaat het nu verder? In totaal bouwen we 20 sensorkits. Die kan de MOD inzetten bij incidenten. Denk bijvoorbeeld aan langdurige branden, zoals slecht te blussen branden bij afvalverwerkers, branden in grote gebouwen of natuurbranden zoals bos- en veenbranden. Ook kan de sensorkit bij lekkages van diverse chemische stoffen een beeld geven van de verspreiding in de omgeving.  

De sensorkit kan in principe op elke plek ter wereld worden ingezet. Als er mobiel bereik is, komt de data binnen bij het RIVM. Ook wordt de data lokaal op de sensorkit zelf opgeslagen. Dit maakt het mogelijk dat de sensorkits in de toekomst bijvoorbeeld ingezet kunnen worden in het Caraïbisch gebied van het Koninkrijk der Nederlanden.  

De sensorkit is zo ontworpen dat er ook andere sensoren in kunnen worden geplaatst (en getest). Sensoren die nieuw op de markt komen kunnen op deze manier gebruikt worden om de sensorkits up-to-date te houden. Ook kunnen stralingssensoren worden toegevoegd om radioactieve straling te kunnen meten.