Как цифровизация города улучшает качество воздуха

Загрязнение воздуха — одна из главных экологических проблем современных городов. Чистота воздуха напрямую влияет на индекс качества жизни, стоимость жилья в конкретном районе и многое другое. А вредные и опасные вещества, содержащиеся в атмосфере, могут ухудшать самочувствие, снижать настроение и продуктивность. Городские экологические инициативы направлены на самые разные отрасли, но первоочередную роль в задаче играет мониторинг качества воздуха.

Почему именно мониторинг становится первым шагом на пути очищения воздуха, и как его осуществляют? Какие еще технологии делают наше место для жизни более экологичным?

Чем загрязняется воздух и почему это опасно?

Мы то, что мы едим, — а еще то, чем мы дышим. В рекомендациях ВОЗ по качеству воздуха за 2021 год приведены результаты оценки воздействия загрязнения воздуха на здоровье населения. Согласно этим данным, почти все население мира дышит воздухом, уровень загрязненности которого превышает рекомендуемые предельные значения. На качество воздуха влияют не только конкретные источники, но и в целом состояние каждой земной экосистемы. Так, например, сжигание ископаемых видов топлива приводит к выбросам парниковых газов, что приближает наступление глобального потепления.

Говоря об источниках загрязнения, стоит отметить, что они могут быть самыми разными, но в основном списке выделяются: генерация электро- и тепловой энергии, транспорт, сельское хозяйство, сжигание отходов и лесные пожары. Для городов в этом списке главную роль играет автотранспорт, из-за которого мы ежедневно вдыхаем озон, формальдегид, оксид азота, серы и т. д. Не стоит забывать и о воздействии промышленных предприятий.

Сейчас экологическая ситуация в мегаполисах постепенно улучшается: промышленные предприятия выносятся за пределы городов, общественный транспорт переходит на питание от электричества. Урбанизация развивается в сторону достижения нулевого уровня выбросов. Однако загрязнения остаются серьезной проблемой. Исследования показывают увеличение риска сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний из-за качества воздуха, вдыхаемого горожанами. Помимо очевидных физических заболеваний, загрязнение воздействует на нервную систему и эмоциональное состояние: снижается концентрация, замедляется реакция, ухудшается память, когнитивные способности. Даже наш внешний вид напрямую связан с воздухом — загрязнения разрушают баланс микрофлоры кожи и снижают ее барьерную функцию, теряется эластичность, появляются пигментные пятна, воспаления и аллергические реакции.

Рекомендации ВОЗ содержат данные о таких загрязняющих веществах, как взвешенные частицы (PM); озон (O3); двуокись азота (NO2); двуокись серы (SO2). Именно они оказывают наибольшее воздействие на наш организм и нуждаются в постоянном мониторинге. Взвешенные частицы классифицируют в категориях PM2,5 (мелкодисперсные) и PM10 (крупнодисперсные). Приняты следующие предельные значения концентрации этих частиц: PM2,5 — 5 мкг/м³ среднегодовое и 15 мкг/м³ среднесуточное значение; PM10 — 15 мкг/м³ среднегодовое и 45 мкг/м³ среднесуточное значение.

Разобраться самостоятельно в нормативах непросто. Но современные системы сбора данных рассчитаны как на профессионалов, так и на обычных пользователей. Поэтому каждому доступны данные о том, чем же он дышит в своем городе.

Кто влияет на экологичность городов?

Чтобы решить проблему, нужно в ней детально разобраться. Важно регулярно анализировать состояние воздушной среды и вовремя реагировать на ухудшение показателей. Так как очищение воздуха — сложный многоступенчатый процесс со множеством факторов, главными героями в решении вопроса загрязнения воздуха становятся технологии мониторинга.

К этой задаче российские разработчики подошли ответственно: можно найти и общедоступные карты, обновляющиеся в режиме реального времени, и специальные системы для установки в домах и на предприятиях.

Сети общественного мониторинга воздуха зарождаются, как правило, благодаря инициативным группам жителей. Но во многих странах, в том числе в России, США, Великобритании, Бельгии, Германии, действуют и государственные системы. На сегодняшний день таких установок — гражданских, государственных и коммерческих — появляется все больше.

Еще в 2001 году при правительстве Москвы было создано под руководством методологии ВОЗ учреждение «Мосэкомониторинг». Сегодня это базовая городская система, которая предоставляет данные качества атмосферного воздуха, мониторинг промышленных выбросов, контроль уровня шума, мониторинг поверхностных водных объектов, развития опасных геологических процессов, состояния подземных вод, почв и зеленых насаждений, занимается аналитической инспекцией с крупнейшей в России химико-аналитической эколабораторией. На сайте проекта доступна карта с обновляющимися данными по актуальному состоянию в городе. Можно найти индекс загрязнения воздуха, посмотреть данные измерительных и специальных станций и узнать показатели по городу озона, частиц PM10, диоксидов азота и серы. Данные постоянно обновляются и доступны каждому.

В 2016 году разработчики из новосибирского Академгородка создали проект CityAir — платформу для построения и объединения сетей мониторинга атмосферного воздуха. Цифровые решения команды CityAir позволяют управлять качеством воздуха на городских и промышленных территориях, рассчитывать траектории выбросов от точечных и площадных источников​, прогнозировать состояние воздуха на 72 часа, помогают предприятиям и городам управлять качеством воздуха, измерять загрязнители вроде пыли, CO, H2S и др. Внедрить технологии проекта на рынок помог акселератор GreenTech Startup Booster. Через эту программу фонда «Сколково» были установлены посты мониторинга качества воздуха в режиме 24/7 по периметру санитарно-защитных зон Новолипецкого металлургического комбината, Стойленского ГОКа, а затем в Москве и Московской области. Предоставленные решения оказались настолько эффективными, что их стали активно применять на предприятиях и в городах. Сейчас проект существует в партнерстве с различными технологическими компаниями и исследовательскими центрами. Более 200 станций CityAir установлено по всему миру, в том числе в Европе и США.

В 2018 году создатели экологической группы «Челябинск, дыши!» на основе решений, разработанных активистами в Штутгарте, запустили независимую систему мониторинга загрязнения воздуха с сетью датчиков, которые каждый может установить за окном. Именно возможность такого частного применения стала прорывным моментом в области мониторинга воздуха в городах. Также команда создала онлайн-карту в реальном времени, где есть показатели частиц PM2,5 и PM10, летучие органические соединения и так далее. Сейчас карта Aircms.Online работает не только в Челябинске, но и в других городах России. Вы можете найти там свой город и узнать о состоянии воздуха, который вдыхаете ежедневно.

Челябинский проект подхватили московские активисты, которые, несмотря на существование в городе официальной системы мониторинга, создали новую независимую систему Breath.Moscow. За два года команда установила более 300 устройств в Москве и окрестностях, а также помогла реинтегрировать челябинскую ветку проекта в международную платформу. Сегодня в мире установлено более 14 тысяч независимых гражданских систем мониторинга, 443 из них — в России. Датчики станций Breathe.Moscow определяют концентрацию мелкодисперсных частиц PM2,5 и PM10, анализируют температуру, влажность и атмосферное давление. Организаторы проекта регулярно проводят встречи на тему экологии и мастер-классы по сборке станций.

Еще одна компания, помогающая в оцифровке состояния воздуха, — «ВидеоМатрикс». Команда проекта предоставляет решения на основе видеоаналитики, нейронных сетей и искусственного интеллекта. В рамках того же акселератора GreenTech (фонд «Сколково») «ВидеоМатрикс» получил признание уникальности разработок, которые помогают автоматизировать учет и контроль качества технологических процессов, распознавание объектов даже в условиях сильных помех и шумов, слежение за динамическими объектами, индексацию и дешифрацию изображения с камер и пр. Системы Vmx Qualex и Vmx SILA, например, имеют функцию экологического видеомониторинга выбросов в атмосферу, что существенно облегчает реализацию ESG-стратегии крупных компаний.

Системы анализа и мониторинга воздуха — главная технология в борьбе за наши здоровые легкие. Сегодня крупные девелоперы мониторят качество воздуха в районе застройки, на этапах планирования парковых и прочих рекреационных зон. Современные города и районы застраиваются по мастер-планам, которые учитывают направление розы ветров так, чтобы природный ветер способствовал очищению атмосферы.

Российский рынок систем очистки также продолжает активно развиваться. Кроме глобальных систем, внедряются локальные устройства, помогающие фильтровать воздух в закрытых помещениях. Так, компания Tion выпускает бризеры, фильтры и другое оборудование для очистки воздуха в квартирах, офисах, различных промышленных объектах и ресторанах.

Возможно, в скором будущем появятся разработки, способные очищать воздух на огромных открытых площадях. Но пока что основной экозадачей в городе по качественному воздуху остается его разноплановый мониторинг, по данным которого уже определяются меры снижения негативного воздействия на атмосферу, а также внедряются системы регулярной очистки соответствующих уровней.