La sensoristica a supporto del monitoraggio della qualità dell'aria

Gli strumenti per la misura della qualità dell’aria basati su sensoristica di vario tipo sono oggetto di un’attenzione crescente sia in ambito di ricerca che da parte di cittadini e associazioni. Questa attenzione crescente è stata accompagnata dalla comparsa sul mercato di una ampia offerta di strumentazione di nuova generazione. Il prezzo contenuto e la versatilità di utilizzo ne hanno poi facilitato la diffusione tra diverse categorie di utenti. Non solo tecnici e ricercatori, ma anche cittadini e appartenenti ad associazioni hanno infatti visto in questi strumenti l’occasione per effettuare in autonomia misure considerate fino a poco tempo fa proibitive a causa dei costi, dell’ingombro e della complessità di utilizzo delle metodiche indicate come riferimento dalle direttive europee. Dal canto suo, la letteratura scientifica ha rimarcato sì le nuove opportunità offerte da questi tipi di strumentazione, ma anche i notevoli rischi insiti nell’utilizzo da parte di personale non professionale di strumentazione con caratteristiche estremamente variegate e con controlli di qualità spesso deficitari.

In Emilia-Romagna, nell’ambito del progetto Europeo Awair, è stata condotta un’analisi di precisione e accuratezza su alcuni di questi strumenti (in allegato l’articolo scientifico pubblicato sulla rivista “Atmospheric Pollution Research” e il report in italiano che sintetizzano i risultati principali). Le analisi hanno riguardato quattro strumenti identici, selezionati tramite un bando pubblico e collocati presso centraline fisse di diversa tipologia delle province di Parma e di Modena. Le campagne di misura sono state condotte sia nel periodo invernale che estivo e hanno riguardato l’ozono (O₃) e il biossido di azoto (NO₂). Scopo principale dei test condotti è stata la verifica dell’affidabilità di una procedura basata sulla taratura in campo di tali strumenti e sul loro successivo utilizzo in aree sprovviste di stazioni di monitoraggio.

Sensori installati presso una centralina di monitoraggio della qualità dell’aria di Arpae

Le analisi hanno innanzitutto evidenziato l’importanza della taratura in campo. La taratura in laboratorio che viene effettuata dalle aziende produttrici non pare, infatti, sufficiente per garantire una ragionevole accuratezza delle misure. Per quanto riguarda i singoli inquinanti, i sensori di O₃ hanno mostrato ottime performance sia nel periodo estivo che invernale, con valori di accuratezza e precisione molto elevati.

Esempio di confronto tra i dati di ozono misurati dalla stazione fissa Arpae (linea rossa) e dal un dispositivo portatile (linea verde)

Più complesso è il quadro che emerge dai risultati ottenuti per l’NO₂. A fronte infatti di ottime performance dei sensori nel periodo invernale, si è riscontrato un marcato declino delle prestazioni nelle campagne di interconfronto estive. Occorre tuttavia tenere presente che le campagne di misura estive sono state caratterizzate da concentrazioni di NO₂ mediamente molto basse e da temperature molto elevate (con valori massimi in alcuni giorni prossimi ai 40 gradi). È quindi possibile che queste siano condizioni proibitive per tale tipologia di strumenti. Si è voluto anche verificare se nel periodo estivo le calibrazioni condotte con approccio lineare potessero risultare inadeguate e per questo sono state condotte alcune prove di calibrazione basate sull’utilizzo di tecniche di intelligenza artificiale e in particolare dei modelli Random Forest. Le prove hanno evidenziato un significativo incremento delle performance dei sensori seppure su livelli molto inferiori rispetto a quelle riscontrate nel periodo invernale. In conclusione, è possibile dire che gli strumenti testati hanno mostrato, in generale, un buon livello di precisione e accuratezza seppure con evidenti limiti per l’NO2 nel periodo estivo e con la fase di calibrazione in campo confermatasi essenziale per un loro corretto utilizzo. Lo studio condotto conferma l’interesse di Arpae verso le nuove tecnologie per la misura della qualità dell’aria e la sensoristica di nuova generazione in particolare. Esso si aggiunge ad altri completati o tuttora in corso che considerano altre tipologie di strumenti e altri contesti di utilizzo. Obiettivo dell’Agenzia è quello di verificare se tali strumenti possano rappresentare nel prossimo futuro un utile supporto alla strumentazione di riferimento sia per mappature di inquinamento ad alta risoluzione spaziale, sia per interventi tempestivi in aree sprovviste di stazioni di monitoraggio (per esempio in caso di incidenti o fenomeni localizzati nello spazio e nel tempo), sia per indagini sull’esposizione della popolazione all’inquinamento atmosferico.

Esempi di confronto invernale (grafico in alto) ed estivo (grafico in basso) tra i dati di biossido di azoto misurati dalla stazione di riferimento (linea rossa) e dal dispositivo portatile (linea verde).

Approfondimenti

• Scarica l'articolo scientifico
• Scarica la relazione in italiano
• Vai alla scheda di progetto
• Vai al sito del progetto europeo