Евтини сензори за въздух могат да „преобърнат” климатичната криза

Мрежа от евтини сензори PurpleAir подава данни към глобална карта на замърсяването на въздуха
(снимка: PurpleAir)

Зимата наближава и идва времето, когато отново непрогледен смог ще обгърне стотици градове по света. Сред тях са и българските градове и села. Евтините сензори за въздух обаче могат да помогнат за преобръщането на вредната тенденция. Когато са много и са навсякъде, тези джаджи дават поглед над проблема, който властите не могат да добият със своите малобройни и скъпи измервателни станции. А ако хората са единни, те могат да окажат натиск върху отговорните институции.

Стотици градове и села по света страдат от лошото качество на въздуха. Китай и Индия са печално известни със смога си, България също често се нарежда в челото на мрачните глобални класации на селищата с най-мръсен въздух. Не по-малко страшна е картината в страните от Западните Балкани, където десетки въглищни електроцентрали мощно бълват отровен дим. Проблем с въздуха имат и немалко региони в САЩ – през лятото заради горски пожари, а през зимата заради отопление на твърдо гориво.

Евтините сензори за качество на въздуха, които измерват замърсяването с частици – включително прах, сажди и дим, станаха достъпни за много хора през последното десетилетие. „Силата не е в един човек, който наблюдава [въздуха при] къщата си, а в това, че отделният човек допринася за общата картина”, казва Нурия Кастел – старши учен, който изследва новите технологии за мониторинг на замърсяването в Норвежкия институт за въздушни изследвания (NILU). „Събираме всички тези данни и след това имаме нещо сериозно”, допълва тя пред The Verge.

Получените карти за качество на въздуха, които се формират чрез многобройните индивидуални сензори, имат висока резолюция и всъщност могат да доведат до по-добро градско планиране и по-чист въздух.

От нищо нещо

През 2015 г. Ейдриън Дибуад всеки ден наблюдава как прах от мината за инертни материали край неговото село се носи във въздуха, а талазите „полягат” точно край дома му недалеч от Солт Лейк Сити, Юта. Когато добивната компания обявява плановете си да разшири мината, Дибуад иска да разбере доколко прахът влияе върху качеството на въздуха. Но наблизо няма сензори за замърсяване. Той не успява и да намери подобно устройство на пазара, което да може да свърши работата и да не струва хиляди долари.

Така през 2015 г. Дибуад, който има опит в електрониката за повърхностно монтиране и компютърното програмиране и мрежи, се заема да сглоби свой собствен сензор. Това е началото на PurpleAir – мрежа от над 9 700 евтини сензора за качество на въздуха, които подават данни към глобална карта на замърсяването на въздуха – почти в реално време. Изненадващо или не, тази година за първи път Американската агенция за опазване на околната среда и Службата по горите на САЩ включиха данни от сензорите PurpleAir в своята карта за пожарите и дима AirNow.

По подобен начин се зараждат и сензорите, които днес формират мрежата AIRBG.info. Те вече са популярни в цяла Европа.

Подобни сензори струват малко – значително по-малко от един смартфон. Сумата е нищожна на фона на на тежкото оборудване, което изследователите обикновено използват за измерване на качеството на въздуха. Техните станции могат да струват до 50 000 евро.

Разликите не се изчерпват само с цената. Този огромен диапазон в разходите отразява разликите в начина на създаване и работа на всеки сензор за качество на въздуха. Скъпите сензори с висока точност обикновено са внимателно калибрирани, по-големи и изразходват повече енергия. Някои от тези сензори събират частици върху филтър и след това ги осветяват с бета-лъчи, за да измерват масата. Тези видове сензори може да изискват специално разрешение за работа, тъй като бета-лъчите се излъчват от някакъв вид радиоактивен източник, според Антъни Уекслър, който ръководи Центъра за изследване на качеството на въздуха в Калифорнийския университет „Дейвис”.

Други сензори имат много малки фини стъклени влакна с филтри в края, които вибрират почти като камертон, казва Уекслър. Вибрацията се променя според масата на събраните частици. Има и друг, по-бавен и по-старомоден начин за наблюдение на замърсяването с частици – чрез претегляне на частици, уловени във филтър, в лаборатория.

Малките сензори може да не са чак толкова прецизни като големите си „събратя”. Но тяхната цел не е в това да кажат колко точно са праховите частици в даден момент – силата им е в големия им брой и разпространението им.

Гражданска наука

Около 2015 г. гражданите в Щутгарт, Германия също измислят начини да вземат мониторинга на качеството на въздуха в свои ръце. След среща „в мазето” на една градска библиотека група ентусиасти разработва ръководство за DIY сензори. Проектът, наречен Luftdaten („въздушни данни”), бързо се разпространява в цяла Европа и се разпръсва в страни в други части на света.

В Китай недоволството на хората от замърсяването на въздуха също мотивира разработването на самоделни сензори, които всеки може да купи и инсталира, казват Уекслър и Кастел.

По-скъпите сензори са по-точни от всичко, което някой може лесно да купи от онлайн магазин. Но сензорите, които професионалните изследователи използват, са твърде скъпи, за да се използват масово. „Има компромис между високата точност на ограничен брой места и по-ниската точност на много места”, казва Уекслър. Наличието на евтини сензори, където иначе не би имало никакви сензори, казва Уекслър, е „много по-добре”.

В продължение на десетилетия хората, живеещи до източници на замърсяване, страдат от липсата на доказателства, които биха могли да убедят регулаторите, че има нещо вредно за хората. Сега това се променя. „Тези евтини сензори са страхотни, защото дават възможност на общностите [живеещи в замърсена среда] да могат да преценят какво се случва и да кажат на своите регулаторни органи: „Хей, стегнете се, някой ни трови”, казва Уекслър.

Хей, убиват ни

Елън Гола си купува сензор за качество на въздуха от PurpleAir през 2016 г. за дома си в селския окръг Хумболт, Калифорния. По това време тя се притеснява от замърсяването от печките за отопление в селото. За тях най-близката официална държавна станция за мониторинг на въздуха е разположена на 45 км от селото. „Дишах очевидно замърсен въздух, но според служителите на окръга въздухът беше идеално чист. Исках данни за дима тук”, казва Гола, която е помогнала да се създаде организация за повишаване на осведомеността относно замърсяването с дим в окръга.

Месец след като Гола инсталира сензора си, наблизо избухва пожар. „Качеството на въздуха беше невероятно лошо в нашия район в продължение на няколко дни. Но районната администрация по управление на качеството на въздуха не издаде препоръка относно задушаващото замърсяване в северната част на окръга. Официално, според тях, имахме добро качество на въздуха, защото това показва станцията им на 45 км оттук”, спомня си Гола.

Тя започва да публикува свои собствени предупреждения във Facebook и да изпраща имейли на приятели, за да бъдат предпазливи. „Мисля, че тогава започнах наистина да разбирам силата на гражданската наука за въздуха”, казва жената.

Предлаганите в търговската мрежа евтини сензори вероятно все още не са достатъчно точни, за да се разчита само на тях при вземането на политически или регулаторни решения, според Уекслър и Кастел. Те могат да пропуснат много малки частици или да объркат капчиците вода с прахови частици, когато има висока влажност. Но при интензивно замърсяване това реално няма голямо значение – ако нормите са превишени 5 или десет пъти, една или няколко „сгрешени” частици не са от голямо значение.

По-важно е това, че заедно, чрез мрежите за публикуване на данни, сензорите могат да помогнат да се повиши осведомеността относно замърсяването на въздуха. Така хората могат да подтикнат своите местни власти да предприемат някакво действие. Когато качеството на въздуха е наистина лошо, показанията не е нужно да са перфектни, за да могат хората да знаят, че трябва да се пазят от мръсния въздух.

Чака ни технологичен напредък

Кастел също е уверен, че евтините сензори ще станат по-точни – независимо дали поради промени в самото оборудване или алгоритми, които могат да коригират изкривяванията на сензорите. Например, AirNow прилага уравнения за корекция към данни от сензори PurpleAir, които използва за попълване на картата си.

Местната агенция по околната среда казва, че се е обърнала към PurpleAir, поради размера на мрежата, която се състои от хиляди сензори. Освен това агенцията е тествала по-евтините сензори в сравнение с „официалните” монитори, за да оцени тяхното представяне. Комбинираната карта е пилотна и създателите ѝ все още мислят как да подобрят инструмента.

„Евтините сензорни технологии наистина могат да играят голяма роля, ако се погрижим за коригирането на недостатъците им”, казва Кастел. „Сигурен съм, че технологично ще напредваме”.

За Дибуад, който все още живее в същия дом, където е направил първия си сензор, е „странно усещане” да вижда стотици други хора да купуват сензорите му всеки ден. Веднъж или два пъти на ден той проверява групата във Facebook, посветена на собствениците на сензори, и продължава да отговаря на въпросите на потребителите. „Трагедия е това, което се случва”, казва човекът.