27 ene. 2017

Green ICTs: New Technologies for the Environment

Information & Communication Technologies (ICTs) have transformed our society’s way of living. Continuously ICTs have delivered innovative products and services in cities, regions and countries.  Now our live is highly dependent on them.  We cannot conceive our daily activities without internet, a mobile phones or a computer.  From an environmental perspective, the manufacturing and use of ICTs generate several environmental impacts, such as e-waste or CO2 emissions generations. 

There is a specific type of ICTs called Green ICT services or solutions, which are ICT-based technologies that promote efficiency and environmental sustainability in different sectors of the economy. They are enablers for the efficient use of scarce resources such as energy or water; or support the reduction of Greenhouse Gases (GHG) emissions.


This concept was introduced several years ago by, especially by the Industry Analyst, Gartner, that in 2010 published their Hype cycle for Green IT & Sustainability. They were optimistic in mentioning that there are two groups of services for Green ICTs. The first one related to pure connectivity services, and secondly the services with added value added that could help above all to reduce increasingly energy costs. Technologies for waste and water management seemed to have a promising future too when the market will be mature enough to receive them. In 2015, after 5 years, Gartner published again a Hype Cycle for Green IT, where technologies on the rise are the ones related to energy harvesting or hosted virtual desktops. Technologies such as green-cooling, smart water management, smart OLED lighting, are in the process of being adopted by the industry.  In 2016, Gartner published the Hype Cycle for Sustainability including green ICT services for smart cities and urban environmental quality.


To make it easy, I will try to explain green ICT solutions with some examples. One of them could be the use of sophisticated videoconferencing or tele-presence services, that aim to reduce travel and CO2 emissions from the users.  Now there is no need to travel 12 hours for a 2-hour meeting, we can really meet by video.  Our Skype or Face Time are also examples of these type of technologies, with less sophistication but the principle of "virtual meetings" is the same. Now big companies such as ATT are working together to provide this service to large corporations. According to them, large U.S. and U.K. businesses can cut CO2 emissions by nearly 5.5 million metric tons in total – the greenhouse gas equivalent of removing more than one million passenger vehicles from the road for one year – by 2020.

Other group of green ICT services, are the ones related to the use of intelligent transport systems (ITS) in public or private transport fleets. These optimize routes and provide real time information to drivers. These systems, save fuel consumption and reduce CO2 emissions from the fleet itself. In the case of public transport, they reduce CO2 emissions in the fleets but also from the users that do not take their car to move from one place to another.  In Seoul, for example, city Transport Operation and Information Service, TOPIS, allows an efficient management of the whole transport in the city.  

Example of Smart Meters
In the energy sector, smart grid services to improve energy efficiency in power transmission and distribution networks, are common green ICT services too.  Smart meters for water, electricity or gas management, like the ones promoted in the United Kingdom, are also key examples of these type of technologies. The country, believes that the roll-out of smart meters will play an important part in Britain’s transition to a low-carbon economy, as consumers will have access to near real time information on their energy consumption to help them manage their energy use, save money and reduce emissions. 

According to the SMARTer2020 Report by GeSi; the intensive use of ICT services can reduce CO2 emissions from strategic sectors of the global economy: power, transport, agriculture, buildings, manufacturing and consumer and service sector. These technologies will promote energy efficiency for buildings, electric vehicles and electric mobility, distributed renewable energy, eco-design, automation and smart technology, as well as cloud services and virtualization. These savings could represent a reduction of 16,5% of global GHG emissions by the year 2020 and will generate economic savings in energy of about $1.9 trillion.

Green ICT services have a massive opportunity to support this low carbon future and these numbers seem very promising for the ICT Industry. Therefore, is important to understand that Green ICT services require innovation investment as well as corporate decisions to develop specific projects in order to make these benefits tangible. The smart services models could be good examples to drive this transformation of the digital world. Smart buildings, smart utilities services or smart transportation solutions together in an information platform to manage huge amounts of information could be the solution. 

In 2020, not only people will be connected, but also millions of devices. The “Internet of Things” and the “M2M revolution”, bring business opportunities to ICT companies but also challenges in terms of resource efficiency. The problem is that most of the technological needs to drive this intensive use of technology will occur in cities where major population growth and urbanization takes place.  

Green ICT services for cities in their journey to be smart and sustainable are a huge opportunity to look forward. We will discuss this in another post! 

[1] KPMG. Report Expect the Unexpected.

[2] Smarter 2020 Report. GESI. http://gesi.org/SMARTer2020

Calidad de Aire Urbano: El Reto Ambiental del Siglo

Los ayuntamientos o municipios son los responsable de la gestión y control de la calidad ambiental de la ciudad (aire, suelo y agua) desde un punto de vista legal y de competencias asignadas por los gobiernos centrales.  En este contexto, la contaminación del aire es uno de las principales retos de la calidad ambiental urbana. 
Janis Juntas @StockVault
Según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), más de 1.000 millones de personas están expuestas anualmente a la contaminación del aire exterior. Se calcula que la contaminación atmosférica urbana cuesta aproximadamente a el 2% del PIB en los países desarrollados y el 5% en los países en desarrollo. (PNUMA, 2016) Sin embargo, aún la gestión y el control de la contaminación del aire a nivel de ciudad no representa un aspecto relevante en los presupuestos de la ciudad en comparación con otros temas ambientales, como la gestión de residuos sólidos, la gestión del agua o el saneamiento urbano.

La mala calidad del aire es un grave problema ambiental y de salud en todas las ciudades del mundo, ya sea en países desarrollados o en vías de desarrollo. Diferentes fuentes de contaminación emiten diferentes tipos y proporciones de contaminantes atmosféricos. Sin embargo, el grado en que la población está expuesta a niveles nocivos de contaminación es un tema complejo, que depende de cómo los contaminantes viajan en la atmósfera, su mezcla y cómo reaccionan bajo diferentes condiciones meteorológicas. (OCDE, 2016). 

La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha confirmado mediante un nuevo modelo de calidad del aire, que el 92% de la población mundial vive en lugares donde los niveles de calidad del aire exceden los límites de la OMS. La contaminación del aire, tanto ambiental (al aire libre) como la doméstica (interior), es el principal riesgo ambiental para la salud en todo el mundo. Alrededor de una de cada nueve muertes ocurren anualmente a medida que crece la exposición a la contaminación atmosférica. La contaminación del aire ambiente mata a alrededor de 3 millones de personas cada año (OCDE, 2016) y sólo una de cada diez personas vive en una ciudad que cumple con las directrices de la OMS sobre calidad del aire.

Las principales fuentes de contaminación atmosférica son los modos de transporte ineficientes, los procesos de combustión en los hogares, la quema de residuos, las centrales térmicas de carbón y las actividades industriales que necesitan energía de combustibles fósiles. Sin embargo, no toda la contaminación proviene de la actividad humana. Por ejemplo, la calidad del aire también puede ser influenciada por las tormentas de polvo, particularmente en las regiones cercanas a los desiertos. (OMS, 2016). Algunos contaminantes nocivos del aire se emiten directamente de los vehículos, tales como el material particulado (PM) [1] y los óxidos de nitrógeno (NOx). Otros, como el ozono y el material particulado 'secundario', se forman en la atmósfera después de emisiones de contaminantes precursoras, incluyendo los NOx y compuestos orgánicos volátiles (COVs). (OCDE, 2016)

La contaminación del aire sigue aumentando a un ritmo alarmante y afectando la economía de las ciudades y la calidad de vida de los ciudadanos.  Es por esto, que se ha definido como una emergencia de salud pública que necesita una gestión eficiente a nivel local. El proceso de gestión de la calidad del aire según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (USEPA), incluye 5 pasos: 1) el establecimiento de metas de reducción y de monitoreo; 2) la definición de mecanismos de reducción de emisiones en las fuentes generadoras; 3) el desarrollo de estrategias de control; 4) la implementación de programas y protocolos y 5) la evaluación continua de resultados. Este proceso es aplicable a cualquier administración estatal o local, dispuesta a gestionar eficientemente los procesos de calidad de aire en su ámbito geográfico. 

USEPA, 2016
El ciclo de gestión de la calidad del aire en las ciudades incluye el desarrollo de todas las actividades que una autoridad reguladora (municipio o ayuntamiento), se compromete a proteger la salud humana y el medio ambiente de los efectos nocivos de la contaminación del aire. 

Las ciudades establecen metas relacionadas con la calidad del aire con base en los resultados obtenidos de estaciones de monitorización del aire. Estos valores, generalmente son contrastados con estándares aceptados y acordados tales como las directrices de la OMS sobre contaminación del aireíndices de calidad del aire, o cualquier otro marco de medición definido local a estatal. Después de esto, los responsables de calidad del aire o los expertos de la ciudad, determinan la reducciones de emisiones necesarias para alcanzar las metas según las fuentes de emisiones y los niveles de contaminación existentes. (USEPA, 2015). Los administradores de la calidad del aire que trabajan a nivel municipal o nacional, utilizan inventarios de emisiones, resultados de monitorización del aire, modelos de calidad del aire y otras herramientas de evaluación para entender el problema de la calidad del aire completamente. 

Para lograr con cumplimiento de los objetivos de calidad del aire, las personas responsables de ésta gestión, necesitan implementar programas o establecer protocolos para el control de la contaminación. Normalmente, la contaminación del aire y las emisiones son reguladas y los municipios tienen la capacidad de hacer cumplir la ley para vigilar y sancionar las emisiones de fuentes fijas, como las emisiones de la industria. (USEPA, 2015). El proceso es más difícil cuando las fuentes de emisiones son móviles, como los vehículos, ya que la capacidad de gestión de los gobiernos locales, podría verse limitada por las políticas nacionales de transporte, importación / exportación de vehículos y combustibles, tipos de vehículos en las ciudades, etc.

Por esto, es necesario entender que la gestión de la calidad del aire urbana es un proceso complejo, dinámico y que requiere una revisión y evaluación continua de las metas y estrategias definidas. Uno de los aspectos clave de esta gestión, es que las decisiones para control de la contaminación, deben tomarse teniendo en cuenta la información proporcionada por procesos de investigación científica, que constituyen un insumo esencial para entender cómo se emiten, transportan y transforman los contaminantes en el aire y sus efectos sobre la salud humana y el ambiente . (PNUMA, 2016).

Otro aspecto relevante para gestionar la calidad del aire urbana, es la monitorización de la concentración de los contaminantes en la atmósfera. Este es un paso clave que deben tomar las autoridades públicas, tanto a nivel nacional como de la ciudad, para abordar el desafío de abordar la contaminación del aire. (OECD, 2016). Actualmente, existen enormes brechas de medición, seguimiento y presentación de informes sobre los niveles de exposición a la contaminación atmosférica, sobre todo entre los países de ingresos altos versus las ciudades de ingresos bajos y medianos. (OMS, 2016). Algunas ciudades aun no cuentan con sistemas de monitorización de calidad de aire especializados. 

Los gobiernos locales tienen el desafío de abordar la gestión de la calidad del aire mediante el desarrollo tecnológico y el establecimiento de políticas y reglamentos dirigidos a los principales emisores. Estos pueden incluir incentivar o requerir la adopción de tecnologías de punta para reducir la contaminación, especialmente en procesos de combustión. Así mismo es necesaria la implementación estándares de calidad del aire reconocidos internacionalmente, la definición de normas de emisión en automóviles y flotas de transporte público, normas de calidad de combustible, entre otros. (OMS, 2016). 

Adicionalmente, la gestión de la calidad del aire urbano, debe ir acompañada de procesos de involucramiento de los ciudadanos sobre todo para reducir las emisiones provenientes de los vehículos privados, principal fuente de emisiones a nivel ciudad. 


[1] Las partículas constituyen una mezcla compleja de partículas sólidas y líquidas de sustancias orgánicas e inorgánicas suspendidas en el aire. Los componentes principales de PM son sulfatos, nitratos, amoníaco, cloruro de sodio, carbón negro, polvo mineral y agua. Las partículas más perjudiciales para la salud son aquellas con un diámetro de 10 μm o menos, que pueden penetrar y alojarse profundamente dentro de los pulmones. (OMS, 2016.

Referencias:
OECD. (2016). Las consecuencias económicas de la contaminación del aire exterior.
PNUMA. (2016). Contaminación del aire urbano
USEPA. (2015). Ciclo del proceso de gestión de la calidad del aire.
OMS. (2016). Contaminación del aire ambiente: Evaluación global de la exposición y la carga de la enfermedad.

23 ene. 2017

Las TICs como herramienta para reducir la contaminación del aire.


Los gobiernos locales tienen la oportunidad de abordar este desafío aprovechando el desarrollo tecnológico. Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) pueden ayudar en el proceso proporcionando herramientas excepcionales para: medir, evaluar el impacto, pronosticar e informar sobre niveles de contaminación. Las TIC constituyen una herramienta para que los ciudadanos y las autoridades trabajen juntos en el camino hacia la reducción de la contaminación atmosférica en las ciudades.

En mi artículo sobre la Gestión de la Calidad del Aire Urbana: Una Tarea Difícil, destacamos la importancia de la monitorización de la calidad del aire urbano, como el punto de partida para la implementación efectiva de estrategias de reducción de la contaminación. Los sistemas convencionales de medición de la calidad del aire se basan en instrumentos sofisticados, que requieren métodos de medición complejos para garantizar la exactitud y calidad de los datos. Como consecuencia, estos instrumentos, tienen alto costo, alto consumo de energía, gran volumen y peso. (Wei Ying Yi, et al., 2015). Estos equipos forman parte fundamental de las famosas Redes de Monitoreo de la Calidad de Aire.

Estas redes, varían de una ciudad a otra. Por ejemplo, en la ciudad de Madrid existen alrededor de 23 estaciones que en complemento con aquellas de la Comunidad de Madrid, alcanzan una red de casi 45 sitios. En el área metropolitana de Santiago en Chile existen 13, y en el área metropolitana de Londres se tiene más de 100 estaciones. Éstas son fijas y por lo general no cubren la totalidad del área de la ciudad, dejando locaciones sin medición, cuyos datos -en caso de requerirse-, provienen de modelos o estimaciones de calidad del aire que carecen de validación cruzada y procesos de verificación. Existen ciudades que no poseen o tienen un número pequeño de estaciones, lo que limita su capacidad de acción en este ámbito. Por lo tanto, el fortalecimiento de las capacidades de las ciudades para monitorear su calidad del aire con métodos estandarizados, instrumentación confiable y de buena calidad es clave para manejar eficazmente este desafío urbano.

El uso de las TIC para gestionar la calidad del aire a nivel de ciudad genera una revolución en las tecnologías avanzadas para monitoreo, centrándose en quién mide la calidad del aire y el propósito de esta medición. Hasta ahora, la medición de la contaminación atmosférica se ha dejado principalmente a científicos y técnicos capacitados que emplean instrumentos sofisticados para evaluar el cumplimiento de la calidad del aire y realizar investigaciones sobre la contaminación del aire y sus efectos en el salud. (OCDE, 2016). Actualmente, nuevos avances en tecnología de sensores y métodos portátiles baratos, están haciendo posible que cualquier persona pueda medir la contaminación del aire, diversificando así, las razones para medir la calidad el aire en ciudades (USEPA, 2015). Dependiendo del propósito del monitoreo, los actuales sistemas y sensores de bajo costo, pueden no alcanzar el nivel de rigor necesario para realizar ciertas tareas, pero pueden proporcionar valores referenciales para facilitar la identificación de fuentes de contaminación y obtener mejor información al respecto.

Las tecnologías basadas en las TIC para la gestión de la contaminación atmosférica en las ciudades, se pueden dividir en dos grupos: El primero las Plataformas de Gestión de la Calidad del Aire de la Ciudad y segundo las Redes de Sensores de Monitoreo de la Contaminación de Próxima Generación o Next Generation Air Pollution Monitoring Sensor Networks en inglés. Estos sistemas abiertos están diseñados para generar enormes cantidades de datos que son y serán la base para una mejor toma de decisiones y aumentar la participación ciudadana en la gestión de la calidad del aire urbana. El futuro del “open data" para la predicción y gestión de la calidad del aire, basado en el aprendizaje automático (machine learning) y las técnicas de aprendizaje profundo (deep learning), abre un nuevo ámbito de posibilidades para abordar este complejo desafío de calidad ambiental urbana. Los estudios de machine learning podrían apoyar el vínculo entre las medidas actuales e históricas de la calidad del aire, junto con los datos meteorológicos y las previsiones. Si hay más datos en la cadena de gestión, más precisas serán las predicciones de los episodios de contaminación atmosférica. Por lo tanto, las autoridades y ciudadanos pueden tomar mejores decisiones.

Las plataformas de gestión de la calidad del aire de la ciudad son soluciones de software para la monitorización y modelización de la contaminación atmosférica, gestionadas principalmente por ayuntamientos. Estas son herramientas fundamentales para desarrollar políticas ambientales orientadas a controlar y reducir el impacto de la contaminación sobre los ecosistemas y la salud humana. Estas plataformas son muy básicas en algunas ciudades del mundo, pero se están desarrollando e implementando nuevas plataformas consolidadas y potentes.

Así por ejemplo, el Gobierno Municipal de Beijing ha acordado trabajar con IBM para ayudar a enfrentar los desafíos de la contaminación atmosférica de la ciudad. Ese proyecto forma parte de la estrategia nacional "Green Horizon" para gestión de la calidad ambiental y eficiencia energética urbana. La colaboración se basa en tecnologías como la informática cognitiva, los sensores ópticos y la Internet de las Cosas (IoT), todas ellas basadas en una gran plataforma de datos y análisis y utilizando la predicción del tiempo y el modelado climático. Los sistemas informáticos cognitivos analizarán y aprenderán de los flujos de tiempo real datos generados por estaciones de monitoreo de la calidad del aire, satélites meteorológicos y sensores ópticos de nueva generación.


Air Quality Egg ofrece a las personas una forma de participar en el campo de la calidad del aire urbano, a través de un sistema de sensores diseñado para permitir que cualquiera recoja lecturas de alta concentración de NO2 y CO fuera de su hogar.

Pigeon-Air Patrol en Londres, que tiene el objetivo de crear una red de datos con palomas en vuelo, a las cuales se les ha colocado sensores de contaminación atmosférica.

CleanSpace, es una red de sensores inteligentes personales de contaminación del aire a través de un tag o etiqueta que se puede colocar sobre los smartphones, para medir la concentración de lacontaminación del aire a nivel ciudadano.

La ciudad de Londres en su aplicación  London Air también tiene un gran sistema para compartir información recogida en sus sistemas de monitoreo y alertar sobre los episodios de contaminación.

Plume Labs ha desarrollado una aplicación gratuita de iOS y Android para informar a los ciudadanos en los Estados Unidos, si es seguro correr, andar en bicicleta, salir con niños o comer al aire libre, basándose en la información de miles de estaciones de monitoreo de la contaminación.

Este tipo de plataformas de gestión de la calidad del aire, permiten a las autoridades identificar el tipo, fuente y nivel de emisiones y predecir la calidad del aire en la ciudad. A través de ellas y mediante la aplicación de una capacidad de procesamiento de supercomputación, se pueden generar mapas visuales que muestren la fuente y la dispersión de los contaminantes en las ciudades con horas de antelación, y con la resolución a escala de calle. Los datos en tiempo real sobre la calidad del aire de las ciudades pueden permitir a los gobiernos locales y regionales tomar medidas rápidas para abordar las fuentes de emisiones de control o alertar a los ciudadanos sobre los episodios de contaminación ambiental.

Muchos de los sistemas de vigilancia de la contaminación del aire han sido implementados y probados, y los datos ya están abiertos para los ciudadanos y los expertos. Iniciativas como Air Visual, que comparte información sobre datos de calidad del aire de todo el mundo; o la red de información sobre la calidad del aire en Estados Unidos, promovido por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos USEPA, son plataformas con datos abiertos listos para ser utilizados y para transformar la forma en que percibimos la gestión de la calidad del aire en nuestras ciudades.

Por su parte, los Sistemas de Vigilancia de la Contaminación Atmosférica de Próxima Generación (TNGAPMS) o redes de sensores de contaminación atmosférica de bajo costo, están concebidos para facilitar la vigilancia de la contaminación atmosférica. Gracias al avance tecnológico, los sensores ambientales con bajo coste, tamaño pequeño y tiempo de respuesta rápido (en el orden de segundos o minutos) están disponibles recientemente. Aunque estos sensores ambientales portátiles de bajo coste no pueden lograr la misma exactitud y calidad de los datos que los instrumentos de monitoreo convencionales, ofrecen una gran oportunidad para aumentar la resolución espacial y temporal de la información sobre la contaminación atmosférica e incluso pueden verificar, afinar o mejorar los modelos existentes de calidad del aire ambiente (Wei Ying Yi, et al., 2015). Esta tecnología puede abordar una serie de problemas asociados con los actuales sistemas de monitoreo, incluyendo el precio, las grandes cargas de infraestructura y los requerimientos de energía. (Wei Ying Yi, et al., 2015).

Estos sistemas permiten a los ciudadanos y expertos comparar el impacto de las medidas adoptadas por los municipios y las instituciones públicas y sensibilizar al público. Las redes de sensores dirigidas por la comunidad son también ejemplos de TNGAPMS, así por ejemplo:

La mayoría de las Plataformas de Gestión de la Calidad del Aire de la Ciudad y las Redes de Sensores de Monitoreo de la Contaminación de Próxima Generación, están vinculadas a las aplicaciones ciudadanas, para compartir y generar información sobre calidad del aire. Son principalmente aplicaciones web y móviles, donde los ciudadanos pueden obtener información sobre los niveles de contaminación atmosférica en las áreas urbanas. Estas plataformas envían alertas de episodios de contaminación a ciudadanos de forma gratuita, evitando la necesidad de conectarse a páginas web municipales para recopilar la información. Un ejemplo de estas aplicaciones puede ser el desarrollado por el the World Air Quality Index Project, un proyecto destinado a promover la concienciación sobre la contaminación atmosférica y proporcionar una información unificada sobre la calidad del aire para todo el mundo. En ella, hay datos de más de 70 países y cubre más de 9000 estaciones convencionales de monitoreo de la calidad del aire en 600 ciudades importantes.

En conclusión, el futuro de las tecnologías TIC para apoyar la gestión de la calidad del aire a nivel de ciudad es prometedor. El potencial de innovación para gestionar y medir la contaminación atmosférica en las ciudades con las TIC no se utiliza ampliamente en la actualidad. La aplicación ulterior de las tecnologías puede llevarse a cabo en la fase de vigilancia y predicción, y sobre todo para complementar las medidas para reducir las emisiones de contaminantes atmosféricos en la fuente. Estas tecnologías necesitan "inteligentemente" recopilar y descifrar la información climática, de actividades industriales, de contaminación, de uso de suelo, etc; para reducir la contaminación y comprometer a los ciudadanos en el proceso.

Con estas herramientas, las personas podríamos contribuir a la creación de amplias redes de información que nos permita entender mejor el grave problema de la contaminación del aire que respiramos y que nuestra acción es necesaria para mejorar nuestra calidad de vida.

Fuentes de información:

OECD. (2016). The economic consequences of outdoor air pollution.
USEPA. (2013). Roadmap for Next Generation Air Monitoring.
Wei Ying Yi, et all. (2015). A Survey of Wireless Sensor Network Based Air Pollution Monitoring Systems.
London Air Quality Network (2017) https://www.londonair.org.uk/london/asp/publicdetails.asp
Environmental Leader. (2014). IBM helps China`s Air Quality Management. http://www.environmentalleader.com/2014/07/07/ibm-helps-chinas-air-quality-management/#ixzz4LeR18AR0