Come le grandi città utilizzano sensori per mappare la qualità dell’Aria

Secondo l’Organizzazione mondiale della sanità , oltre 5,5 milioni di persone in tutto il mondo muoiono ogni anno a causa dell’inquinamento atmosferico. Molte di queste morti si verificano nelle grandi città, dove i gas di scarico di automobili, fabbriche e centrali elettriche riempiono l’aria di particelle pericolose.

In risposta a una crescente preoccupazione per gli effetti dell’inquinamento atmosferico, molte città hanno migliorato i loro sforzi per misurare l’inquinamento utilizzando l’Internet of Things, reti di sensori collegate che raccolgono e inviano dati. Utilizzando questi dati, le città possono mappare le aree ad alto inquinamento, monitorare i cambiamenti nel tempo, identificare gli inquinanti e gli inquinatori infine analizzare i potenziali interventi.

Le iniziative di qualità dell’aria della città che utilizzano i sensori rientrano in tre categorie principali: iniziative che integrano i sensori nelle infrastrutture esistenti, quelle che sfruttano i sensori mobili e altre che analizzano i dati del telefono cellulare per comprendere l’esposizione dei residenti a una cattiva qualità dell’aria. Nessun modello è corretto, comunque ciascuno presenta vantaggi e svantaggi che le città dovrebbero considerare quando implementano un’iniziativa di monitoraggio della qualità dell’aria.

 Molte città hanno integrato sensori per mappare la qualità dell’aria nelle infrastrutture esistenti . Chicago, ad esempio, ha implementato la sua rete nel 2014, una gamma di sensori montati in tutta la città sui lampioni . Utilizzando una tecnologia denominata ” waggle”, questi sensori tracciano la presenza di un certo numero di inquinanti atmosferici, tra cui monossido di carbonio, biossido di azoto, ozono e particolato, con piani per monitorare i composti organici volatili (VOC) nel prossimo futuro. Chicago ha utilizzato questi dati per prevedere gli incidenti al fine di intraprendere azioni preventive e ha rilasciato dati al pubblico attraverso il portale di dati aperti della città. Barcellona ha perseguito una strategia simile con il suo Barcelona Masterplan di illuminazione, dispiegando un sistema di illuminazione intelligente con sensori di qualità dell’aria incorporati che trasmettono informazioni alle agenzie cittadine e al pubblico.

Altre città hanno integrato i sensori in soluzioni polivalenti. Più di 35 città in tutto il mondo, tra cui Boston, Los Angeles e Miami, hanno installato panchine Soofa, panchine dotate di un pannello solare che convoglia l’elettricità tramite le porte USB per caricare i dispositivi. Questi banchi non servono solo come spazio sociale e fonte di energia sostenibile, ma ospitano anche sensori che registrano la qualità dell’aria, la temperatura, il traffico e le radiazioni.

Un grande  vantaggio dei sensori che analizzano l’aria è la loro longevità: l’integrazione di sensori in elementi duraturi del paesaggio urbano consente alle città di raccogliere dati nel tempo e di mappare le tendenze senza ulteriori interventi. Inoltre, questi sistemi possono fornire dati di qualità dell’aria istantanea, che le città potrebbero essere in grado di utilizzare per spingere i cittadini ad agire durante i periodi di scarsa qualità dell’aria. Tuttavia, questi nodi sono anche costosi, spesso con un costo di circa  5.000 euro per sensore, e le città potrebbero quindi non essere in grado di installarli ovunque.  Già nel Gennaio 2017, Chicago aveva installato 50 nodi, e sebbene ci siano piani per aumentarli  fino a un numero di 500 entro il 2018, questi sensori probabilmente non saranno in grado di mappare la qualità dell’aria dettagliata in ogni corridoio della città.

Tuttavia, i sensori di qualità dell’aria a basso costo come l’Airbeam, che di solito costano circa $ 250, possono offrire alle città l’opportunità di impegnarsi in un onnipresente monitoraggio a lungo termine. Poiché questi sensori sono molto meno costosi, le città potrebbero essere in grado di investire in più di essi, installando sensori in tutto il paesaggio cittadino per produrre dati di qualità dell’aria a grana fine e in tempo reale.

Esistono dubbi sulla qualità dei dati che tali sensori possono produrre. Secondo uno studio di Nature, “ridurre i costi riduce inevitabilmente la specificità o la sensibilità, o entrambe le cose.” I sensori di qualità dell’aria a basso costo spesso non sono in grado di raccogliere particelle più fini e le loro letture possono essere influenzate dalle condizioni meteorologiche. A differenza dei sensori più costosi che normalmente escono da istituti accademici o di ricerca, questi sensori non vengono sottoposti a revisione paritaria o valutazione accademica e la loro accuratezza non è quindi chiara. Tuttavia, anche se non perfettamente accurate, le informazioni provenienti da questi sensori possono aiutare a informare le discussioni sulla qualità dell’aria e ad aumentare il capitale politico per apportare modifiche.

Tuttavia, i costi monetari e ambientali di queste reti di sensori potrebbero non giustificare il loro utilizzo come motivatore politico. Mentre i sensori stessi sono poco costosi, in alcuni casi i costi legati alla loro installazione e manutenzione, nonché all’analisi dei dati che producono, sono ancora proibitivi. Alcuni accademici si preoccupano anche del peso dei rifiuti elettronici di questi sensori dopo che hanno raggiunto la fine della loro vita utile, dal momento che non è stata ancora effettuata un’analisi adeguata della loro impronta di carbonio.

Invece di installare sensori di qualità dell’aria in stazioni  fisse e permanenti, alcune città hanno scelto di implementare sensori mobili collegati a dispositivi o oggetti che si muovono all’interno di una città. Le automobili forniscono un veicolo abbastanza ovvio per i sensori di qualità dell’aria, poiché possono attraversare e mappare rapidamente intere città. In collaborazione con Google, il Fondo per la difesa ambientale (EDF) ha utilizzato le auto di Street View per misurare i livelli di metano in undici città dotando le auto di un tubo di aspirazione e di un analizzatore di metano. Utilizzando questi dati, EDF ha creato mappe di metano e identificato oltre 5.500 perdite. Nel 2014, Google ha iniziato a esplorare un più ampio monitoraggio della qualità dell’aria, dotando le auto di Street View con la piattaforma mobile di Intelligenza Ambientale (Ei) di Aclima, che include sensori in grado di misurare il particolato, NO2, CO2, carbone nero e altro. Durante un test pilota a Denver, l’auto ha raccolto oltre 150 milioni di punti dati in 750 ore di guida, creando una mappa della città di qualità dell’aria a livello stradale.

L’utilizzo di sensori di qualità dell’aria nei programmi di condivisione della bici può essere un altro mezzo per raccogliere dati sulla qualità dell’aria in tutta la città. In una prova del 2014, la città di Dublino ha equipaggiato 30 biciclette con sensori d’aria che misurano anidride carbonica, monossido di carbonio, fumo e particolato. In tre giorni, queste bici hanno raccolto dati per l’intera città, che i ricercatori di tutto il paese hanno studiato e mappato. Dato che le biciclette sono mobili, un tale programma potrebbe richiedere un numero inferiore di sensori di qualità dell’aria rispetto ai sistemi fissi, raccogliendo dati simili a un costo inferiore.

Londra ha adottato un approccio unico al monitoraggio della qualità dell’aria, collegando sensori di qualità dell’aria a dieci piccioni per monitorare la qualità dell’aria in tre giorni di voli. A marzo 2016, la città ha inviato i piccioni attraverso Londra trasportando sensori da 25 grammi che monitoravano i livelli di biossido di azoto, ozono e altri composti volatili. Durante i voli, i londinesi potevano informarsi sui livelli di inquinamento nelle loro aree twittando su @PigeonAir, che avrebbe risposto con letture che andavano da moderate a estreme.

Mentre queste iniziative una tantum mancano della capacità di monitorare la qualità dell’aria nel tempo senza interventi ripetuti, possono fornire mappe più complete, tempestive e poco costose della qualità dell’aria della città. Poiché i sensori mobili sono in grado di attraversare un’intera città in pochi giorni, le città possono utilizzarli per acquisire rapidamente un quadro completo della qualità dell’aria in qualsiasi momento. Inoltre, le città non hanno bisogno di investire in un gran numero di sensori, in quanto un sensore mobile può teoricamente mappare un’intera città.

Una scelta differente è stata fatta da New York che ha utilizzato sensori in abbinamento con i dati della telefonia mobile. Mentre i sistemi di sensori di qualità dell’aria possono fornire un’immagine della qualità dell’aria in una città, potrebbe non essere chiaro in che modo questa qualità dell’aria influisce su particolari residenti. Tuttavia, mappando le rotte dei residenti utilizzando i dati anonimi del cellulare, le città possono comprendere meglio l’esposizione dei cittadini alle aree con scarsa qualità dell’aria. A New York City, il Senseable City Lab del MIT ha utilizzato dati anonimi del cellulare associati a misure di qualità dell’aria per determinare la quantità di diverse sostanze chimiche a cui sono esposti i newyorkesi. Ad esempio, lo studio ha stabilito che coloro che vivono e lavorano a Manhattan sono esposti a più inquinamento rispetto ai residenti che fanno il pendolare nei quartieri esterni. Questo tipo di analisi va oltre gli sforzi per descrivere semplicemente la qualità dell’aria in una città, delineando gli impatti diretti sui residenti.

Mentre ci sono molte opzioni, il modello di monitoraggio della qualità dell’aria che una città sceglie di perseguire dovrebbe corrispondere alle esigenze e alle capacità di quella città. Ad esempio, uno sforzo di sensazioni mobili di una volta può essere una buona misura in una città che non ha una grande quantità di denaro e sta irrompendo nell’arena di smart city. Uno sforzo di mappatura della qualità dell’aria può essere un primo passo utile per una città di questo tipo per sensibilizzare all’inquinamento o aumentare il sostegno pubblico per una proposta di riforma ambientale. D’altra parte, in una città che ha casse più profonde, un ambiente tecnologico civico più maturo o un’infrastruttura imminente