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【空污追兇】80後港青自學寫程式 一年研發NO₂監測盒子


 

研發流動二氧化氮監測盒子,是「健康空氣行動」及龍子維意料之外的事。

80後港青龍子維,3年多前加入健康空氣行動,任職社區關係經理,主要工作是議題倡議,與R&D風馬牛不相及。然而,當他愈接觸得多空氣污染問題,愈不滿足於現有的二氧化氮(NO2)資訊,念茲在茲,逐漸萌生研發NO2監測盒子的念頭。

【空污追兇】專題報道:hkcnews.com/roadsidepollutants/

龍子維強調,NO2主要來自本地排放,冀大眾正視問題,「希望大家唔會一見到空氣污染高時,就好直接講因為風向或者大陸。我哋想大家認識多少少,NO2排放來源係好多樣化。」

空氣污染危害健康是眾所周知的事實。龍子維指出,不少研究都顯示,主要路邊空氣污染物微細懸浮粒子(PM2.5)及二氧化氮(NO2)對於人體健康的影響,包括增加心血管疾病及呼吸道疾病的病發率,以至死亡風險,均「旗鼓相當」,惟大眾對於NO2這氣體,認知仍較表淺。「健康空氣行動希望大家知道空氣污染物唔止懸浮粒子,仲有NO2。」

龍子維又提到,PM與NO2均來自燃燒過程,但形成原因不一,前者關乎燃料本身的潔淨程度,愈多雜質的燃料,在燃燒過程中排放愈多粒子,相反,愈潔淨的燃料,則排放愈少粒子。換言之,轉用潔淨燃料,已可大大減少粒子的排放。 

發電廠及柴油車輛排放的廢氣,是本地的粒子主要來源。資料圖片

不過,龍子維指,NO2難以從源頭減少。氮(N2)是空氣中的主要成份(78%),在高溫燃燒過程中,氮(N2)會與氧(O2)產生化學作用,形成一氧化氮(NO),而NO再被氧化成二氧化氮(NO2)。因此,只要燃燒發電,就免不了產生NO2

NO2形成的化學過程:

  1. O2 + N2 → 2 NO
  2. 2 NO + O2 → 2 NO2

 「點解我哋咁『痴迷』於NO2?因為我哋可以預視到,即使減排政策做得好好,但NO2依然會好頑固。而嗰種頑固係,我哋好難叫人唔好用咁多電,我哋唔會預期未來10年個總供電同耗電量會跌,亦好難預期運輸署個車輛數目會跌。除非呢啲前提成立,否則NO2好難為跌。」

惟龍子維留意到,學術研究、民間認知始終集中於PM2.5。他認為這與粒子(PM)及二氧化氮(NO2)的物質形態有關,前者呈固態或液態,但後者呈氣態,要做準確監測的難度會較高,故量度NO2的儀器比量度PM2.5的少得多,而且成本更高昂。於是,他想到自行研發低成本、流動的NO2監測器。

龍子維與Makerbay合作,改良NO2監測盒子的設計。

龍子維畢業於中大分子生物技術學,後修讀港大社會科學碩士,並非工程學系出身,故著手研發NO2監測盒子初期,他靠參考外國開放源碼(Open Source),自學寫程式,其後與自造者組織Makerbay合作,將盒子改良成目前的版本,前後歷時近一年。

目前的NO2監測盒子只有成人手掌大小,內裡主要組件為Arduino微控制器、氣體感應器(即NO2監測器)、電訊組件(包括SIM卡、4G天線、GPS定位晶片等)、電池,充電後會自動感應空氣中的NO2濃度及所在地的GPS位置,大約每15分鐘將資料上載至伺服器。 健康空氣行動一共生產了30部NO2監測盒子,每部成本約1,000元。

NO2監測盒子的主要組件包括Arduino微控制器、氣體感應器(即NO2監測器)、電訊組件、電池。

生產盒子後,還要做校準工作。龍子維坦言,最理想的做法,是將盒子送到實驗室做測試,從而取得校準數據,惟此做法成本太高,最終沒有採用。

他退而求其次,以環保署路邊監測站的的讀數作準,大概花了一個月時間,按隨機抽取的不同日子、不同時間,每星期約有兩至三日,將NO2監測盒子放置在不同的路邊監測站旁邊,收集NO2監測盒子及路邊監測站的NO2讀數,用兩組數值在取樣期間的平均差異作校準。「咁做係撇除唔同日子、時間上嘅差異,早、午、晚個(NO2)排放量可以好唔同,亦都盡量將唔同溫度、濕度、濃度對sensor敏感度嘅影響拉勻。」

龍子維將自行研發的NO2監測盒子放在環保署的路邊監測站旁邊作校準。圖為銅鑼灣路邊監測站。何君健攝

氣體感應器的準確度受制於特定的環境溫度及相對濕度,相關產品資料表顯示,感應器預設在持續電力、攝氏25度及相對濕度50%的情況下運作,惟研究期間的環境溫度及相對濕隻度均與預設值有一定大差異,影響量度結果。龍子維亦承認其校準方式未夠完備,「量度氣體,每一個地區個micro environment係好唔同,意思係無論濕度、地區溫度,甚至乎地區與地區之間氣體濃度嘅差異,都會好影響到(感應器)讀出嚟個數據。我哋要諗一個方式,點樣喺要花嘅金錢同埋準確度之間,要攞個平衡。」

此外,龍子維提到,NO2監測盒子約每15分鐘上載的NO2濃度及GPS位置資料,兩者其實略有偏差,因為NO2濃度取每15分鐘期間的平均值,而GPS位置則是每15分鐘所取的實時數據。換言之,每個GPS位置對應的NO2濃度,其實是到達該位置前15分鐘的平均濃度讀數。若巴士在交通暢順的路面行使,15分鐘的車程已經可以相距10數公里。受資金及技術所限,此限制尚未能克服。


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