Příběh společnosti PurpleAir začal kvůli problému s prachem. Adrian Dybwad každý den sledoval, jak se zvedá prach ze štěrkového dolu na nedalekém kopci a usazuje se v okolí jeho domu nedaleko Salt Lake City. Když těžební společnost plánovala expanzi, chtěl Dybwad vědět, do jaké míry ovlivní prach kvalitu ovzduší. Ale poblíž nebyly žádné senzory znečištění a nemohl na trhu najít žádný, který by to zvládl měřit prachové částice a přitom nestál tisíce dolarů.
„Síla není v jednom jednotlivci, který sleduje vlastní dům, ale v jednotlivci, který poskytuje data lidem ve svém okolí a svými údaji
přispívá vědecké komunitě.“
V roce 2015 se Dybwad, který měl zkušenosti s elektronikou, počítačovým programováním a vytvářením sítí, rozhodl sestrojit vlastní senzor. Snaha přerostla v PurpleAir: síť, která má dnes více než 9 700 levných snímačů kvality ovzduší, které dodávají data do globální mapy znečištění ovzduší v reálném čase. Poprvé v tomto (2020) roce americká Agentura na ochranu životního prostředí a US Forest Service zahrnuly data ze senzorů PurpleAir do své mapy AirNow .
Senzory společnosti PurpleAir nejsou zrovna levné, stojí od 199 do do 280 dolarů. Pro srovnání – přesná zařízením, které vědci obvykle používají k měření kvality ovzduší, stojí kolem 50 000 dolarů. Monitorovací stanice, které jsou v ČR v mnoha okresních městech, stojí kolem 1 milionu a jsou budovány i díky dotacím EU. Jsou sice přesné, poskytují přesné a souhrnné meteorologické informace doplněné o měření oxidů síry a dusíku, ale je jich málo. A obvykle je najdete, jak jste si jistě všimli, v místech kde je vám jasné, že nenaměří žádné extrémní hodnoty. Jejich data jsou sice přesná, ale jejich síť je řídká a je zaměřená spíše na sledování trendu, vícehodinových, denních a týdenních průměrů.
Naproti tomu, většinu obyvatel poblíž zdrojů znečištění zajímají vedle dlouhodobých průměrů také extrémní hodnoty dané lokality. Lidé chtějí mít informaci a důkaz kam až vystoupá znečištění, byť krátkodobě, z místních zdrojů. Jak se projeví dopravní špička, jak zamoří ulici provoz těžkých nákladních vozidel, jaká je prašnost venku před vlastním oknem a nikoli u přesného čidla oficiálního čidla vzdáleného 20 nebo 50km. A hodnoty se skutečně mohou velmi lišit i ve vzdálenostech stovek metrů.
Obrovské rozpětí nákladů na měřící stanice odráží rozdíly v tom, jak je každý snímač kvality vzduchu konstruován a provozován. Vysoce přesné senzory jsou obvykle pečlivě kalibrovány, jde o robustní zařízení s delší životností a vyšší energie. Některé z těchto senzorů shromažďují částice na filtru a poté jimi prozařují paprsky beta, aby změřily hmotnost. Tyto typy senzorů mohou vyžadovat povolení k provozu, protože paprsky beta jsou emitovány z nějakého druhu radioaktivního zdroje, tvrdí Anthony Wexler, který řídí Centrum pro výzkum kvality ovzduší na Kalifornské univerzitě v Davisu. Jiné senzory mají velmi malá, jemná skleněná vlákna s filtry na konci, která vibrují téměř jako ladička, říká Wexler. Vibrace se mění s hmotou nashromážděných částic.
„Máte kompromis mezi vysokou přesností na omezeném počtu míst a nízkou přesností na mnoha místech.“
Senzory společnosti PurpleAir měří částice pomocí laserových počitadel částic. „V podstatě svítíte laserem do vzduchu a pak částice ve vzduchu odrážejí světlo a detektor tyto odrazy zachytí,“ vysvětluje Dybwad. Tato metoda se nazývá „rozptyl světla“, a když se Dywbad v roce 2015 vydal na výrobu svého prvního senzoru, technologie se zároveň zmenšovala a stávala se dostupnější. Čínská snaha vypořádat se extrémně znečištěným ovzduším vedla k vývoji senzorů, které si mohl koupit kdokoli, říkají Wexler a Castell.
Ve stejné době vědci ve Stuttgartu v Německu také hledali způsoby, jak by monitorování kvality ovzduší mohla vzít veřejnost do vlastních rukou. Po setkání v suterénu své městské knihovny skupina vyvinula prototzp a vydala v roce 2017 návod na výrobu DIY senzoru Ensia . Vznikl projekt s názvem Luftdaten, německý výraz pro „údaje o vzduchu“, se rychle rozšířil po celé Evropě a expandoval i do zemí v jiných částech světa.
Dražší senzory jsou přesnější než cokoli, co může někdo snadno vložit do svého online nákupního košíku. Senzory, které používají profesionální vědci, jsou však také příliš drahé na to, aby je bylo možné nasadit všude. „Máte kompromis mezi vysokou přesností na omezeném počtu míst a nízkou přesností na mnoha místech,“ říká Wexler. Wexler říká, že mít levné senzory tam, kde by jinak žádné nebyly, jsou „mnohem lepší než nic“.
Po celá desetiletí lidem žijícím vedle zdrojů znečištění chyběly důkazy, které by mohly přesvědčit regulační orgány a znečišťovatele, že jsou poškozováni. Nyní se to mění. „Tyto senzory s nízkými náklady jsou skvělé, protože umožňují komunitám [žijícím se znečištěním], aby mohly vyhodnotit, co se děje, a říkat svým regulačním orgánům: „hej, tito lidé nás zabíjejí,“ říká Wexler.
Ellen Golla koupila snímač kvality vzduchu od společnosti PurpleAir v roce 2016 pro svůj dům ve venkovských oblastech Humboldt County v Kalifornii. Bála se znečištění z obytných kamen na spalování dřeva, o kterém si nemyslela, že by ho oficiální vládní monitory zachytávali ze vzdálenosti 30 mil. „Dýchal jsem očividně znečištěný vzduch, ale podle našich úředníků kraje byl vzduch čistý.“ Chtěl jsem zde údaje o kouři ze dřeva, “napsal Golla, který pomohl založit organizaci zvyšující povědomí o znečištění kouřem ze dřeva.
Měsíc poté, co Golla nainstalovala senzor, poblíž vypukl požár. „Kvalita ovzduší byla v naší oblasti několik dní neuvěřitelně špatná.“ Náš okres řízení kvality ovzduší však nevydal doporučení ohledně dusivého znečištění na severu kraje. Oficiálně jsme měli dobrou kvalitu vzduchu, protože to zaznamenával monitor vzdálený 30 mil, “řekl Golla. Začala zveřejňovat svá vlastní varování na Facebooku a posílat e-maily přátelům, aby věděli co se s ovzduším děje.
Nízkorozpočtové senzory dostupné komerčně pravděpodobně nejsou podle Wexlera a Castella dostatečně přesné, ale stále jsou dost přesné, že je možné se na ně spolehnout při při přijímaní osobních a nebo regulačních opatření či politických rozhodnutích. Při vysoké vlhkosti jim mohou unikat velmi malé částice nebo je mohou zaměňovat kapičky aerosolu za prachové částice. Ale mnoho z nich je dost dobrých na to, aby zvýšilo povědomí o znečištění ovzduší a přimělo veřejnost a politiky k akci.
Když je kvalita ovzduší opravdu špatná – a v mnoha lokalitách je setrvale špatná – údaje v takových případech nemusí mít stoprocentní shodnu a stejnou přesnost s vědeckými stanice za miliony. Je prostě jasné, že mezní hodnoty jsou v dané lokalitě trvale nebo velmi často překračovány. Kontrolní studie také potvrdily, že 90 procent dat získaných z měřičů PurpleAir je dostatečně přesných a neustále jsou vyvíjeny algoritmy, které přepočítávají a upřesňují hrubá (raw) data ze sítě snímačů.
Castell je také přesvědčen, že levné senzory budou přesnější – ať už kvůli vývoji samotného zařízení nebo vylepšení algoritmů, které mohou opravit nadhodnoty senzorů. Například nová mapa AirNow aplikuje korekční rovnice na data ze senzorů PurpleAir, která používá k naplnění své mapy. EPA říká, že se obrátila na PurpleAir kvůli tomu, jak velká se její síť rozrostla, a agentura testovala levnější senzory proti regulačním monitorům, aby vyhodnotila jejich výkon. Kombinovaná mapa je pilotní a její tvůrci stále přicházejí na to, jak tento nástroj vylepšit. „Technologie nízkorozpočtových senzorů mohou hrát velkou roli, pokud se vyřešíme její o omezení,“ říká Castell. „Jsem velmi pozitivní, že technologicky postoupíme.“
Pro Dybwada, který stále žije ve stejném domě, kde vytvořil svůj první senzor, je to „zvláštní pocit“ vidět stovky dalších lidí, kteří si každý den kupují jeho senzory, ať už je to proto, že kouř lesních požárů letos zaplavil obrovské oblasti amerického západu, nebo kvůli zvyšujícím se povědomí o zdravotních dopadech prachem znečištěného ovzduší (mějme ovšem na paměti že s prachem lidstvo žije přirozeně statisíce let), nebo jen o sledování zda se odpovědným osobám daří plnit sliby dané voličům.