Neuer Gerätewagen Messtechnik für den Landkreis Ludwigsburg

Der Landkreis Ludwigsburg beschaffte einen neuen Gerätewagen Messtechnik (GW-Mess), der bei der Feuerwehr Ludwigsburg stationiert ist. Das neue Fahrzeug ersetzt einen von der Stadt Ludwigsburg im Jahr 1993 in Dienst gestellten GW-Mess. Bei der Feuerwehr Ludwigsburg sind auch die zum ABC-Konzept gehörenden Sonderfahrzeuge des Bundes (CBRN-Erkundungswagen und GW Dekon P) untergebracht. Auffallend ist die von Kreisbrandmeister Andy Dorroch entworfene symbolhafte Darstellung „Messtechnik“, die sich auf beiden Kofferlängsseiten befindet (Abb. 2). Dieses spiegelt ein durchgehendes Beklebungskonzept der landkreiseigenen Fahrzeuge wider: Durch symbolische Darstellungen soll die Verwendung des jeweiligen Fahrzeugs auch dem „feuerwehrfremden“ Bürger vermittelt werden.

Fahrgestell

Beim Fahrgestell handelt es sich um einen Mercedes-Benz Sprinter mit der Typ-Bezeichnung 519 CDI 4 x 4.
Das Fahrzeug ist mit permanentem Allradantrieb ausgestattet.

Aufbau

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Bei der Realisierung des Fahrzeugs entschied man sich für einen von der Firma Binz in Ilmenau (Thüringen) gefertigten Kofferaufbau (BINZ RESCUBE 4.0). Der Koffer ist in zwei Bereiche unterteilt – vorne ein Büroraum und hinten ein Laborraum. Die seitliche Eingangstür auf der rechten Seite des Aufbaus ist als Drehtür ausgeführt. Sie  führt in  den Büroraum, der mit einem Schreibtisch und einem fest montierten Komfortsitz ausgestattet ist (Abb. 3). Der Sitz ist so konzipiert, dass darauf eine Person bei Einsatzfahrten Platz nehmen kann. Im Büroraum befinden sich Nachschlagewerke und Einsatzunterlagen. Der Schreibtisch ist mit einer Klappe zu einem Laptopfach ausgestattet. Auf dem PC mit Internetzugang ist das MET-Modell (Modell für Effekte mit toxischen und brennbaren Gasen) installiert (siehe Tabelle 3, Punkt 8). An der kompletten Stirnseite Richtung Fahrerkabine ist eine Whiteboardfolie angebracht. Unmittelbar neben dem Fenster auf der linken Seite ist ein Mehrkanal-Gasmessgerät so positioniert, dass während der Fahrt Luftmessungen über eine Schlauchsonde durchgeführt werden können. Es handelt sich bei dem neu beschafften Gerät um ein MECCOS MGM der Firma Siegrist aus Karlsruhe, mit dem 15 relevante Gase (siehe Tabelle 3, Punkt 3 und Abb. 4) simultan messbar sind. Direkt hinter der Eingangstür ist ein Kompressor-Kühlschrank (40 Liter) zur Aufbewahrung von entnommenen Proben, die gekühlt werden müssen, integriert. Zwi­schen Büroraum und Fahrerkabine befindet sich ein kleines Schiebefenster, um die Kommunikation zwischen Besatzung im Büroraum und Fahrerkabine während der Einsatzfahrt zu ermöglichen. Auf der linken Kofferseite wurde ein Gerätekasten angebracht. Dieser dient zur Aufbewahrung von diversen Proben sowie Chemikalien zu nasschemischen Analysen (Abb. 5). Eine Dynawattanlage stellt die Stromversorgung der zahlreichen elektrischen Verbraucher sicher.

Technik folgt Taktik

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Bei der Konzeption des neuen GW-Mess stand immer die Frage „Für welche Szenarien soll der GW-Mess genutzt werden und wie?“ im Vordergrund. Allein die Beschaffung von Messgeräten genügt nicht, um valide Ergebnisse zu erhalten, welche bei der Lageeinschätzung der Feuerwehr genutzt werden können. Aus diesem Grund wird beim Einsatz des GW-Mess immer ein „Fachberater Gefahrgut“ herangezogen. Dieser wird durch mindestens zwei Feuerwehrangehörige unterstützt.

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Auch bei der Beladung stand der Grundsatz „Klasse statt Masse“ im Vordergrund. Der GW-Mess baut mit seinen Gerätschaften auf bereits vorhandene Messgeräte der Feuerwehren vor Ort auf. So wurde beispielsweise auch auf Chemikalienschutzanzüge und Atemschutzgeräte verzichtet. Diese werden bei entsprechenden Einsatzlagen durch die beiden Gefahrgutzüge des Landkreises Ludwigsburg, den CBRN-Erkundungswagen und insgesamt zwölf „Unterstützungseinheiten Gefahrgut“ der Feuerwehr vor Ort gebracht. Die sehr enge Kooperation mit dem Institut Dr. Lörcher & Partner mbB in Ludwigsburg, welches nahezu rund um die Uhr eingebunden werden kann, ist ebenfalls eine wichtige Säule unseres „Kreiskonzepts Messen“. Mittlerweile konnten die Feuerwehren im Landkreis bei unterschiedlichen Einsatzszenarien die Unterstützung des GW-Mess in Anspruch nehmen. Die Rückmeldungen sind durchweg positiv, sodass wir von einem gelungenen Fahrzeug- und Taktikkonzept sprechen können.

Mehrkanalmessgeräte mit chemischen Sensoren

Vom alten GW-Mess wurde ein 6-Kanalmessgerät übernommen (siehe Tabelle 2, Punkt 1). Neu beschafft wurde ein 8- sowie ein 15-Kanalmessgerät (siehe Tabelle 3, Punkte 2 und 3). Bei allen drei Messgeräten handelt es sich um dynamische Analysen; d. h., die Messungen erfolgen kontinuierlich in Abhängigkeit von der Zeit. Beim Sensor zur Warnung vor Explosionsgefahren handelt es sich um einen Wärmetönungssensor, der zur Funktion Sauerstoff aus der Umgebungsluft benötigt. Das Messprinzip des Kohlendioxids-Sensors beruht auf der Infrarotspektroskopie. Alle anderen Sensoren bestehen aus elektrochemischen Zellen. Einsatztaktisch ist vorgesehen, dass das 15-Kanalmessgerät an der Einsatzstelle auf dem CBRN-Erkundungswagen verlastet wird, um Messfahrten durchzuführen. Der GW-Mess soll möglichst an der Einsatzstelle verbleiben. Aktiviert man die radiologische Messung des CBRN-Erkundungswagens, kann der Verlauf der Messfahrt graphisch auf einer Karte dargestellt werden. Der MECCOS MGM liefert für jeden Sensor einen zeitlichen Verlauf der Konzentrationen.

Gasspürgeräte

Vom alten GW-Mess wurde ein Gasspürgerät zur Messung von Methan im ppm-Bereich übernommen (siehe Tabelle 2, Punkt 3). Im Zuge der Beschaffung weiterer Messgeräte kam ein baugleiches Gerät zur Messung von Wasserstoff im ppm-Bereich (siehe Tabelle 3, Punkt 10) hinzu.

Prüfröhrchen

Auch der Koffer mit Prüfröhrchen zur quantitativen Analytik der 44 ETW-Stoffe in Luft (siehe Tabelle 2, Punkt 4) wurde vom alten GW-Mess übernommen. Um Frigene (fluorierte und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe) bestimmen zu können, wurde der Prüfröhrchen-Koffer mit Prüfröhrchen für diese Stoffgruppe sowie einem dazu erforderlichen Pyrolizer ergänzt (siehe Tabelle 3, Punkt 7). Der Pyrolizer wandelt die Frigene durch Pyrolyse in Stoffe um, die mit Prüfröhrchen gemessen werden können.

Radiologische Messgeräte

Die radiologischen Geräte zur Messung und Warnung der Dosis und der Dosisleistung sowie ein Kontaminationsnachweisgerät (siehe Tabelle 2, Punkte 6 – 8) wurden vom alten GW-Mess übernommen. Neben den Strahlenschutzmessgeräten, die sich auf dem CBRN-Erkundungswagen, dem HLF 20 und dem AB Atem-/ Strahlenschutz in der Hauptfeuerwache Ludwigsburg befinden, kann im Landkreis Ludwigsburg auf weitere Messgeräte des AB-Notfall (Abrollbehälter-Notfallstation Land Baden-Württemberg), der bei der Feuerwehr Kornwestheim stationiert ist, zugegriffen werden.

Probenahme

Im Jahre 2012 stattete der Bund den CBRN-Erkundungswagen mit einem Rucksack (orange) zur Probenahme chemischer und radiologischer Stoffe sowie einem Rucksack (blau) zur Probenahme biologischer Stoffe aus. Bei der Beschaffung der Probenahmeausrüstung für den neuen GW-Mess wurde zur Erleichterung der Einsatzkräfte Wert darauf gelegt, dass die Ausstattung und Handhabung dieselbe ist wie die im CBRN-Erkundungswagen. Der identische Inhalt des Rucksacks (orange) ist in Euroboxen verlastet (siehe Tabelle 3, Punkt 1). Die Beschriftungen der Euroboxen sind dieselben wie die der Innentaschen des Rucksacks. Bei den Tenax-Röhrchen (Abb. 8), die zur Probenahme luftgetragener Schadstoffe dienen, wurde darauf geachtet, dass sie mit dem Thermodesorber des Instituts Dr. Lörcher & Partner mbB in Ludwigsburg kompatibel sind. Dort erfolgt die Analytik der entnommenen Luftprobe. Im Thermodesorber werden die auf Tenax adsorbierten Stoffe thermisch desorbiert und anschließend in einen Gaschromatographen injiziert. Die Gaschromatographie ist ein Verfahren zur Auftrennung eines zu untersuchenden Stoffgemisches gasförmiger oder verdampfbarer Stoffe. Ein Massenspektrometer, der mit dem Gaschromatographen gekoppelt ist, dient zur Identifizierung und gegebenenfalls Quantifizierung der einzelnen Komponenten. Man spricht bei diesem Messverfahren von Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS). [1]

Photoionisationsdetektor

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(siehe Tabelle 3, Punkt 4) Das Funktionsprinzip eines Photoionisationsdetektors (PID) beruht auf der Ionisation eines Moleküls mit UV-Strahlung.  M →^hν→ M⁺ + e^- (Molekül→Molekülkation+Elektron) In einem elektrischen Feld wird das Molekülkation durch Aufnahme eines Elektrons wieder entladen. Der dabei entstehende Stromfluss ist in einem bestimmten Kalibrierbereich proportional zur Konzentration des Stoffs. Ist der Stoff bekannt, kann eine quantitative Aussage getroffen werden. Eine Stoffidentifikation ist nicht möglich. Die Ionisierungsenergie von 10,6 eV wird dabei so gewählt, damit die Hauptbestandteile der Luft (Stickstoff, Sauerstoff und Argon) nicht ionisiert werden. D.h., es können alle Stoffe gemessen werden, deren 1. Ionisierungspotential ≤ 10,6 eV beträgt. Bei dieser Einstellung ist es allerdings nicht möglich, einsatzrelevante Stoffe wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Chlorwasserstoff, Cyanwasserstoff und Schwefeldioxid zu messen. Auch beim PID war bei der Beschaffung die Vorgabe, dass es dasselbe Gerät wie das auf dem CBRN-Erkundungswagen ist, nämlich ein PhoCheck Tiger PID-Gasdetektor der Firma ION Science Inc., der über die Firma Siegrist aus Karlsruhe beschafft wurde (Abb. 9). Die Software mit den Stoffdaten ist umfangreicher als die auf dem CBRN-Erkundungswagen.

FTIR-Spektrometer (siehe Tabelle 3, Punkt 5)

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Die Infrarotspektroskopie (IR-Spektroskopie) basiert auf der Wechselwirkung von elektromagnetischen Wellen im Infrarotbereich (0,8 µm – 25 µm) mit Molekülen, die ein Dipolmoment besitzen bzw. die durch Schwingungen ein Dipolmoment bilden können. Die Schwingungen werden dabei durch bestimmte Frequenzen im infraroten Bereich angeregt. Für jeden Stoff ergibt sich dabei ein charakteristisches IR-Spektrum, das den funktionalen Zusammenhang der Durchlässigkeit des IR-Lichts von der Energie des IR-Lichts, ausgedrückt in der Wellenzahl (Reziprokwert der Wellenlänge), aufzeigt. Das gemessene IR-Spektrum wird mit der in dem Gerät enthaltenen Bibliothek verglichen und auf Übereinstimmung geprüft (siehe Abb. 11). Mit dem Infrarotspektrometer TruDefender der Firma analyticon (siehe Abb. 10a) lassen sich Flüssigkeiten und Feststoffe analysieren. Es handelt sich bei diesem Spektrometer um ein FTIR-Spektrometer (Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer). Dabei wird das Spektrum nicht wie bei herkömmlichen IR-Spektrometern durch schrittweise Änderung der Wellenlänge aufgenommen, sondern es wird durch eine Fourier-Transformation aus einem gemessenen Interferogramm berechnet. Ein wesentlicher Vorteil ist ein besseres Auflösungsvermögen.

Ramanspektrometer (siehe Tabelle 3, Punkt 6)

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Bei der Ramanspektroskopie wird monochromatisches Licht zur Anregung von Molekülen verwendet. Der First Defender der Firma analyticon (siehe Abb. 10b) arbeitet mit Laserlicht bei einer Wellenlänge von 780 nm. Der Ramaneffekt beruht auf der Änderung der Polarisierbarkeit eines Moleküls während einer Schwingung. Dabei kommt es zur Änderung der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. In einem Ramanspektrum ist der funktionale Zusammenhang der Intensität von der Wellenzahländerung gegenüber dem eingestrahlten Laserlicht (Ramanshift) dargestellt. Auch hier erfolgt ein Vergleich mit einer im Gerät enthaltenen Bibliothek (siehe Abb. 12). Mit dem Ramanspektrometer First Defender lassen sich Flüssigkeiten und Feststoffe analysieren. Es lassen sich Schwingungen untersuchen, die bei der Infrarotspektroskopie nicht auftreten und umgekehrt. Es gibt auch Molekülschwingungen, die sowohl Raman- als auch IR-aktiv sind. Das IR- und das Raman-Spektrum ergänzen sich gegenseitig und tragen daher gemeinsam zur Stoffidentifikation bei.

Modell für Effekte mit toxischen und brennbaren Gasen (siehe Tabelle 3, Punkt 8)

Beim Modell für Effekte mit toxischen und brennbaren Gasen (MET) handelt es sich um ein rechnergestütztes Ausbreitungsprogramm. Am Beispiel eines Reifenbrandes [2] soll die Anwendung von MET näher erläutert werden. Zur Eingabe sind der Stoff bzw. die Art eines Brandes, die Masse des Stoffs bzw. der Brandlast sowie meteorologische Daten, die von der Wetterstation (Abb. 14) geliefert werden, erforderlich. Der Schutz von empfindlichen Personen in der Bevölkerung wird von dem Modell berücksichtigt. Das Modell errechnet ein Gebiet in Windrichtung, innerhalb dessen mit einer Toxizität bei Personen zu rechnen ist (Abb. 13). Die dadurch gewonnene Erkenntnis kann unmittelbar in die taktischen Maßnahmen des Einsatzleiters einfließen. [3]

Wasseranalytik (siehe Tabelle 3, Punkte 9 und 11)

Die Feuerwehr kann im Rahmen der Gefahrenabwehr zu Gewässerverschmutzungen alarmiert werden. Auch das bei Bränden anfallende Löschwasser stellt eine Gefahr für die Umwelt dar. Um eine Beurteilung dieser Gefahren vorzunehmen, bedarf es einer Probenahme mit anschließender Analytik der entnommenen Wasserprobe. Mit der Ausrüstung des alten GW-Mess konnten dabei neben einer organoleptischen Prüfung die Temperatur und der pH-Wert bestimmt werden. Mit einigen Prüfröhrchen ließen sich Schadstoffe in Flüssigkeiten nachweisen (siehe Tabelle 2, Punkt 5). Die analytischen Möglichkeiten wurden mit der Beschaffung des neuen GW-Mess erweitert. Ein Photometer mit einem Heizblock (siehe Tabelle 3, Punkt 9 sowie Abb. 15) dient zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB). Beim CSB handelt es sich um einen Summenparameter, der angibt, wie viel Sauerstoff erforderlich ist, um organische Stoffe in einer Wasserprobe zu oxidieren. Bei dem dadurch erhaltenen Messwert spiegelt sich der Verschmutzungsgrad der Probe wider. Weiterhin wurden Schnelltests zur Bestimmung folgender anorganischer Parameter in Wasserpoben beschafft: Ammonium, Chlor, Chromat, Cyanid, Nitrat, Nitrit, Phosphat (siehe Tabelle 3, Punkt 11). Am 22.10.2021 erfolgte die Übergabe des neuen Fahrzeugs. Nach einer umfassenden Einweisung in die Fahrzeugtechnik und vor allem in die Bedienung der Messgeräte sowie weiterer Ausrüstungsgegenstände wurde der Gerätewagen Messtechnik des Landkreises Ludwigsburg zum Jahreswechsel 2022 in Dienst gestellt.

© Fotos: Karsten Schmalz, KS-Images.de

Literatur

[1] Fischer, H.: Probenahme luftgetragener Schadstoffe mit Tenax-Röhrchen, Brandhilfe Baden-Württemberg, Ausgabe 10/2014, Neckar-Verlag, Villingen-Schwenningen.
[2] Fischer, H.: Schadstoffe bei Bränden, Brandhilfe Baden-Württemberg, Ausgabe 11/2020, Neckar-Verlag, Villingen-Schwenningen
[3] Bützer, P., Naef, H.: Modell für Effekte mit toxischen Gasen (MET), Swiss Chem 14, Nr. 1, 7 (1992)
[4] Drägerwerk AG: Schadstoffmessung in flüssigen Proben, Lübeck (1992)

Dipl.-Ing. (FH) Harald Fischer Fachberater Chemie in den Landkreisen Ludwigsburg und Rems-Murr
Dipl.-Ing. Andy Dorroch Kreisbrandmeister des Landkreises Ludwigsburg