Obywatelska kontrola smogu we Włoszczowie

Pomysł zbudowania sieci czujników jakości powietrza w moim rodzinnym mieście intrygował mnie od dawna. W konsekwencji, we Włoszczowie powstała jedna z nielicznych w Polsce, obywatelska sieć czujników smogu. Jak to się stało, że dzisiaj we Włoszczowie jest już 8 czujników i mamy nadzieję, że będzie ich więcej? O tym właśnie słów kilka.

Smog

SMOG (SMoke + fOG – zlepek ang. słów: dym + mgła) jako zjawisko związane z zanieczyszczeniem powietrza nie jest zjawiskiem nowym, stykamy się z nim już od dawna, ale nazwane zostało w Londynie w połowie XX wieku, bo tam przyniosły pierwsze, zidentyfikowane, tragiczne skutki. W Polsce, w czasach socjalizmu piece węglowe na węgiel z szufelki były w domach podstawowym źródłem ogrzewania. Paliło się wtedy wszystkim – niestety do dzisiaj. Również kominki mocno przyczyniają się do emisji szkodliwych pyłów. Dla wielu z nas specyficzny „zapach zimy“ do dzisiaj jest zapachem naszego dzieciństwa. Czarny dym wydobywający się z układu wydechowego miejskich autobusów czy starych taksówek nikogo nie dziwił, bo wtryskiwacze w silnikach Diesla nie były serwisowane.

Pyły PM 2.5 i 10 oraz związki chemiczne spalin z kominów i rur wydechowych to istota smogu. Od kilku lat temat ten wreszcie przykuwa większą uwagę. Duża w tym zasługa mediów – temat to przecież nośny, prospołeczny, łatwo budować raporty dnia i paski informacyjne. Słupki czy kolory ostrzegawcze w grafikach robią swoją robotę i świetnie budują oglądalność. Do stworzenia tych materiałów potrzeba jednak wiarygodnych źródeł, najlepiej jak najświeższych, aktualizowanych na bieżąco. Dane o jakości powietrza pochodzą z sieci pomiarowych, opartych na czujnikach mierzących lokalnie skład powietrza. Sprzężenie zwrotne pomiędzy popularyzacją tego tematu zachodzi z powstawaniem sieci pomiarowych, w tym m.in. z obywatelskimi projektami, które agregują dane z prywatnie montowanych czujników udostępniających dane, za darmo, lokalnym społecznościom.

Stosunek władz do smogu

Krótko rzecz ujmując, temat smogu to śmierdząca sprawa. Z każdym rokiem społeczne uświadomienie tematu rośnie i staje się nabrzmiewającym problemem politycznym. W Polsce, w ostatnich latach wiele się mówi – wciąż niewiele robi. Działania władz centralnych powinny tworzyć podstawy prawne i programy finansowania likwidacji źródeł smogu, a także, wydawałoby się, władza powinna prowadzić stały, rozległy monitoring. Niestety władza wciąż zagaduje problem koncentrując się na pozorowaniu działań, a więc i nie rozwija monitoringu smogu.
Z kolei, dla lokalnych włodarzy, mimo, że posiadanie na swoim terenie dokładnej mapy zanieczyszczeń byłoby ogromnie korzystne – nie wszyscy chcą i nie wszyscy zauważają walory tej szansy. Można dzięki tym danym dokładnie skupić dotacje na wymianę starych pieców. Jeżeli gmina nie posiada środków w danym roku kalendarzowym, można rozłożyć ten proces na wiele lat, ogniskując siły w miejscach w których emisja jest największa i sukcesywnie przenosić działania na obszary gdzie problem występuje rzadziej. Założenia powyższe są oczywiście poprawne w przypadku gdy dany włodarz chce poprawić jakość powietrza w swojej miejscowości. Takich szefów lokalnych społeczności jest nadal jednak zbyt mało. Dla wielu z nich problem smogu jest grząskim gruntem z politycznego punktu widzenia. Boją się, że efekty nie przyjdą szybko (w trakcie trwania kadencji). Łatwiej jest przecież wyremontować kolejny skwer niż budować sieć czujników, która obnaży problem smogu, a w dłuższym horyzoncie poprawi wydajności całego projektu. Jednak, dopóki nie ma danych, nie ma problemu, a praktyka stłuczonego termometru jest nadal bardzo często stosowana. Do czasu … aż narodzi się oddolna inicjatywa, której źródłem jest najczęściej zniecierpliwienie i zdenerwowanie mieszkańców.

Projekt Luftdaten, czyli jak to się zaczęło

W 2015 roku grupa aktywistów ze Stuttgartu wystąpiła do lokalnego urzędu miejskiego z prośbą o udostępnienie informacji na temat stanu powietrza w ich mieście. Okazało się, że urzędnicy nie są chętni dzielić się informacjami. Aktywiści postanowili, że skoro nie można uzyskać w sposób łatwy publicznych informacji, należy zbudować rozwiązanie alternatywne. Zorganizowali się i rozpoczęli poszukiwania innego, własnego systemu pomiaru jakości powietrza. Założenia były jasne i proste. Projektujemy czujnik do samodzielnego montażu, prosty, tani i oczywiście wiarygodny. Programiści, naukowcy, dziennikarze skupieni wokół społeczności „OK Labs”, postanowili zbudować sieć 300 niezależnych czujników mierzących m.in stężenie pyłów zawieszonych PM 10 i PM 2.5, a zebrane dane udostępnić na ogólnodostępnej platformie w sieci. Dzisiaj – Sensor.community. Finanse na budowę pierwszych 300 czujników zebrali na platformie crowdfundingowej. Dzisiaj sieć Luftdaten liczy ponad 13 000 czujników w tym ponad 600 w Polsce. Dzięki prostej konstrukcji, czujnik może zbudować każdy, kto ma żyłkę majsterkowicza. Gdy ktoś sobie nie radzi z samodzielnym montażem, pomagają lokalne grupy projektu Luftdaten. Projekt ma także polską stronę dostępną – TUTAJ.

Podstawowa, klasyczna wersja czujnika Luftdaten tzw. rurak (wersja przed montażem), źródło – kodujdlapolski.pl

Sieć we Włoszczowie. Dlaczego nie korzystamy z “ruraków” Lufdaten?

Po wielu latach pomiarów należy przyjąć że jedną z największych wartości sieci czujników jest ich wysoką gęstość. Czujniki winny być oddalone od siebie w odległości max 100- 150 m. Dlaczego? Poza walorem informacyjnym, taka sieć ma atut prewencji wobec tych, którzy wrzucają do pieca paliwo kiepskiej jakości, co dzieje się przede wszystkim na terenach osiedli domków jednorodzinnych. Jednak przy takim założeniu nawet najmniejsze miasteczko potrzebuje niestety nie jednego ale wielu czujników. Na rynku istnieje wiele rozwiązań komercyjnych, w tym najpopularniejszy dzisiaj w Polsce komercyjny system AIRLY. Pomnożenie ilości potrzebnych czujników przez jego cenę, plus uwzględnienie comiesięcznego abonamentu dla każdego z nich, daje prostą odpowiedź – koszty robią się znaczne. Wiele małych miast zdecydowało się na tą ścieżkę instalując maksymalnie kilka czujników. Jak jednak na tej podstawie zbudować mapę rozkładu zanieczyszczeń w całym mieście, w konkretnych porach dnia, w skali tygodnia, miesiąca czy sezonu grzewczego? Jest to niezwykle trudne, a czasami wręcz niemożliwe. Rozwiązaniem jest obniżenie ceny czujnika i zachęcenie mieszkańców do samodzielnego ich montowania. Projekt Luftdaten oczywiście spełnia te założenia, ale niestety nie w pełni, dlatego aktywiści w Polsce poszli o krok dalej.

Czujnik NAM czyli polskie podejście do problemu.

Rozwinięciem projektu Luftdaten zainteresowała się grupa aktywistów skupiona w grupie – Koduj dla Polski. Zauważyli, że klasyczny czujnik nie ma systemu korekcji pomiarów, gdy wilgotność względna powietrza jest wyższa niż 60%. Mgła w próbce powietrza jest traktowana jako zanieczyszczenie i zawyża wyniki pomiarów. Rozwiązaniem tego problemu byłoby przygotowanie próbki powietrza poprzez wstępne jej podgrzanie. Przeniesieniem pomysłu do realnego produktu zajęła się firma Nettigo (sklep dla pasjonatów elektroniki), która gruntownie przebudowała cały czujnik. Zaprojektowano nową płytę główną oraz dodatkową czerpnię powietrza z niezależnymi czujnikami wilgotności i temperatury (NAM HECA). Na podstawie tych danych sterownik w zależności od potrzeb włącza grzałkę, która osusza próbkę powietrza przed jej pomiarem. Całość przeniesiono do nowej obudowy. Warto dodać, że przy okazji zaprojektowano także dodatkowe gniazda na kolejne czujniki, które można podłączyć w przyszłości (CO2, promieniowanie jonizujące). Istnieje możliwość rozbudowy czujnika o dodatkowy wyświetlacz LCD. Czujnik NAM (Nettigo Air Monitor) jest przystosowany do ciągłej pracy w trakcie całego roku.

Firma Nettigo wzięła na siebie wszystkie koszty zaprojektowania i budowy nowego czujnika, ale co ważne całość nadal dostępna jest na licencji OpenSource, za darmo. Każdy więc może zbudować samodzielnie czujnik bez ich pomocy. Nowe płytki drukowane (główna i modułu NAM HECA) są dostępne w sieci. Podzespoły i elementy obudowy można samodzielnie kupić w sklepach elektronicznych, z częściami do instalacji elektrycznych.

Jak piszą na swojej stronie:

” (…) Zauważ, że jak na polskie standardy jest to projekt nietypowy. Udostępniamy za darmo wszystkie materiały, plany, projekty, kod źródłowy i dokumentację. Poświęciliśmy temu projektowi naprawdę dużo czasu i staramy się aby jego samodzielny montaż był łatwy i przyjemny (…)”.

Zmontowany czujnik NAM z wyświetlaczem LCD, źródło – nettigo.pl

Czy pomiary takimi czujnikami są wiarygodne?

Oczywiście czujniki oparte na badaniu próbki wiązką laserową (Luftdaten, NAM) nie mogą się równać z czujnikami, z których korzystają np. Wojewódzkie Inspektoraty Ochrony Środowiska. Czujniki laboratoryjne, jakimi dysponują państwowe stacje, wykazują się o wiele większą dokładnością, ale są wielokrotnie droższe. Dodatkowo, ze względu na sposób pomiaru, wyniki uzyskujemy z nich rzadziej niż w przypadku czujników laserowych. Niemniej jednak przeprowadzono szereg badań porównawczych, po których stwierdzono, że czujniki laserowe można wykorzystywać jako wiarygodny system monitorowania jakości powietrza.

Wnioski z badań (źródło – Koduj dla Polski, link na dole artykułu):

  • Ogólnie rzecz biorąc, badania wykazały, że tanie optyczne czujniki PM mogą być skutecznymi narzędziami do monitorowania jakości powietrza atmosferycznego.
  • Czujniki nisko-kosztowe demonstrują swój potencjał jako tani czujnik aerozolowy, który może być stosowane na obszarach, gdzie pozyskanie drogiego oprzyrządowania do monitorowania jakości powietrza może być zbyt kosztowne, gdzie istnieje pilna potrzeba monitorowania jakości powietrza ze względu na ochronę zdrowia publicznego, a ani lokalna, ani centralna władza tego nie zabezpiecza.
  • Wytyczne Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) określają limit średniej rocznej PM2,5 do 10 μg/m3. W tym względzie proponowany tani czujnik jest w pełni zdolny do rejestrowania zdarzeń, w których wartość progowa jest przekraczana.
  • Wysoką liniową zależność pomiędzy TEOM* i czujnikami zaobserwowano dla danych uśrednionych w czasie 1 min, 15 min i 1 godz. dla czujników PMS7003 (R2*** ≈ 0 83-0.89), dla jednostek SDS011 (R2 ≈ 0 79-0.86), oraz dla jednej jednostki ZH03A (R2 ≈ 0 74-0.81).
  • Czujniki SDS011 (Nova Fitness) i PMS7003 (Plantower) były precyzyjne pod względem powtarzalności wyników pomiędzy różnymi egzemplarzami. W takim przypadku współczynniki kalibracji z jednej jednostki mogą być wykorzystane w innych.
  • Dość duże rozproszenie danych i wysokie błędy względne oszacowania PM2.5 zaobserwowano dla zakresów stężeń poniżej 20-30 μg/m3. Wpływ wysokiego poziomu wilgotności względnej obserwowano dla urządzeń SDS011 i OPC-N2 – wyraźne przeszacowanie wielkości wyjściowych obserwowano powyżej 80% RH.
  • Urządzenie nie jest w stanie prawidłowo zmierzyć PM10, ale po prostu dokonuje ekstrapolacji na podstawie pomiaru cząstek o wielkości znacznie mniejszej niż 10µm. Jednakże dla PM2.5 odchylenie to jest umiarkowane i kalibracja PM2.5 w odniesieniu do oprzyrządowania referencyjnego jest wykonalna i ma sens.


W czujnikach NAM Nettigo, Luftdaten wykorzystywane są czujniki SDS011 (Nova Fitnes).
W czujnikach komercyjnych także wykorzystuje się czujniki laserowe.

Smog we Włoszczowie, społeczna inicjatywa mieszkańców Włoszczowy

Bardzo chcieliśmy, aby nasze pomiary były wiarygodne. By to osiągnąć przyjęliśmy, że sieć winna składać się z najlepszej jakości czujników. Po gruntownym przeglądzie możliwości użycia różnych rozwiązań, zdecydowaliśmy, że to właśnie czujnik NAM będzie stanowił bazę przyszłej obywatelskiej sieci pomiarów stężeń zanieczyszczeń powietrza. Czujnik NAM ma akceptowalny stosunek jakości do ceny, który umożliwił do dzisiaj wielu lokalnym społecznościom budowę wiarygodnych i jednorodnych sieci pomiarowych. Jak widać nie byliśmy pierwsi.

Jako pierwszy we Włoszczowie uruchomiliśmy czujnik na oś. Reja. Czujnik monitoruje 5 parametrów powietrza (stężenie pyłów PM2,5, PM10, temperaturę, wilgotność i ciśnienie atmosferyczne). Odczyty wykonywane są w trybie ciągłym (24/7) co 3 minuty. Wszystkie dane są rejestrowane, archiwizowane i przedstawiane na bieżąco w postaci wykresów ZA DARMO. Do dzisiaj (grudzień 2020) sieć wzbogaciła się o kolejne 7 czujników monitorujących powietrze we Włoszczowie.

Dlaczego nie wysyłamy danych z naszych czujników do sieci sensor.community?

Czujniki to jedno, a agregacja danych z nich spływających to drugie. W tym miejscu natknęliśmy się na kolejny ważny aspekt całości projektu. Zastanawialiśmy się jak przekonać ludzi do zakupu czujnika i wstąpieniu do obywatelskiej sieci monitoringu stanu powietrza. Całość przecież miała się opierać na właścicielach czujników, które dopiero miały być kupione. Zadawaliśmy sobie pytanie jak dodatkowo zachęcić do uczestnictwa w projekcie? Uznaliśmy, że opcja informacji o właścicielu czujnika na stronie z wynikami pomiarów będzie opcją, która może zachęcić do jego kupna, bo link do wskazanej przez niego strony będzie dodatkowym atutem (formą reklamy). Niestety strona sensor.community nie umożliwiała dodania tych danych przy rejestracji czujnika. Wydawało się, że problem będzie wymagał szukania innych rozwiązań (np. crowdfunding).

Serwis AQI.eco. Kompleksowe rozwiązanie naszych potrzeb.

Na szczęście znaleźliśmy serwis, który pozwala agregować dane z czujników, informując jednocześnie o ich właścicielach. Tomasz Rękawek, jeden z aktywistów grupy skupionej wokół wspomnianej wcześniej strony “Koduj dla Polski”, stworzył system aqi.eco, gdzie po zarejestrowaniu można od razu gromadzić i prezentować dane z czujników NAM, w dodatku za darmo. Tak też zrobiliśmy.

W styczniu 2019 roku wystartowała obywatelska sieć pomiarów stężeń zanieczyszczeń powietrza we Włoszczowie. Dane z czujników można śledzić na bieżąco w dwóch miejscach:

Jakie dane można śledzić?

Oczywiście każdy może zapoznać się ze stanem powietrza we Włoszczowie na bieżąco, odwiedzając powyższe strony, niemniej jednak poniżej publikujemy kilka zrzutów ekranu z 2 stycznia 2021.

Co dalej?

Oczywiście staramy się przekonać kolejnych chętnych do zakupu i udziału w projekcie. Nie jest to łatwe. W grupie chętnych na pewno nie znajdziemy właścicieli „kopciuchów”, a w małych miejscowościach, takich jak Włoszczowa, jest ich wciąż dość dużo. Jednocześnie widzimy wzrastającą świadomość wśród mieszkańców. Często w lokalnych mediach społecznościowych natykamy się na rozmowy o smogu, w których przewijają się dane z naszych czujników. Mamy wtedy wielką satysfakcję, że dzięki naszej inicjatywie coś się zmienia. Nadal czekamy na odzew lokalnych władz. Jesteśmy cierpliwi. Wierzymy, że kropla drąży skałę, a na wiosnę zaprezentujemy dane z całego sezonu grzewczego 2020/2021.

Obecnie prowadzimy aktywnie akcje informujące o uruchomieniu kolejnych czujników w naszej, włoszczowskiej sieci społecznościowej.

O naszej inicjatywie wspomniano w wielu mediach.


Bibliografia: