שתפו‬        

עלינה בר יהודה

חיישן בגובה האף

במעבדה של פרופ' ברק פישביין בטכניון מפתחים מערך של חיישנים קטנים ואלגוריתם ייחודי שיאפשרו להשיג מפות זיהום אוויר מדויקות במיוחד, זאת כדי לנטר בצורה יעילה יותר את האוויר שאנחנו נושמים

15 באוגוסט 2020



אחד הביטויים הסביבתיים המוחשיים והמיידיים ביותר של משבר הקורונה במהלך החודשים האחרונים היתה ההפחתה בפליטות מזהמי אוויר. על פי מאמר ישראלי חדש שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי "אקולוגיה וסביבה", היקף ההפחתה בפליטות המזהמים נע בין 3 ל-13 אחוזים (לתחמוצות גופרית ובנזן בהתאמה) ורובה נובע מצמצום השימוש בכלי רכב, ברכבות ובכלי שיט. במרכזים עירוניים צפופים (ת"א, חיפה וירושלים) אף נרשמה ירידה של 61-49 אחוז בריכוז החנקן הדו-חמצני שנמדד בתחנות הניטור התחבורתיות.

זו היתה הודעה משמחת בעיצומה של בהלת הקורונה, הן מההיבט הסביבתי והן מההיבט הבריאותי, שכן לפי ארגון הבריאות העולמי מדי שנה מתים 4.2 מיליון בני אדם בעקבות זיהום אוויר סביבתי (חיצוני), ובישראל לבדה מוערך כי זיהום האוויר אחראי למותם בטרם עת של יותר מ-2,000 בני אדם מדי שנה.

היקף ההפחתה בפליטות המזהמים בזמן הקורונה נע בין 3 ל-13 אחוזים. תצלום: juniperphoton – unsplash

באיזה גובה מודדים?

אולם, בכל פעם שמנתחים נתונים מדעיים, צריך לשאול גם כיצד והיכן הם נמדדו. מערך ניטור האוויר בישראל מקיף למעלה מ-140 תחנות ניטור אוויר שפרושות בכל רחבי ישראל ושמופעלות על ידי איגודי ערים לאיכות סביבה, רשויות מקומיות, חברת החשמל, מפעלי תעשייה והמשרד להגנת הסביבה. התקן קובע כי על המדידות להתבצע בגובה של מינימום 12 מטר, ולכן התחנות הללו נמצאות לרוב על גגות או על תרנים מאוד גבוהים.

לטענת פרופ' ברק פישביין מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון, העובדה שתחנות הניטור ממוקמות בגובה רב, ולא "בגובה האף" של התושבים, הופכת את הנתונים שהן אוספות לפחות יעילים. "מהרגע שהמזהם נפלט – ממכונית, למשל – ועד שהוא מגיע לגבהים האלה התהליכים הכימיים כבר משנים לגמרי את ההרכב שלו, ואז הקשר בין מה שאנחנו מודדים לבין מה שאנחנו נושמים הוא לא חזק מספיק כדי שנוכל להגיע למסקנות חותכות לגבי הקשר בין זיהום אוויר ותחלואה", הוא אומר.

פישביין: "הקשר בין מה שאנחנו מודדים לבין מה שאנחנו נושמים הוא לא חזק מספיק". תצלום: שרון צור, דוברות הטכניון

על פי פישביין, בעיה נוספת במדידות המקובלות היא שמרבית תחנות הניטור ממוקמות בעיקר באזורי מגורים, כך שבפועל מרבית המזהמים אינם נמדדים במקור – כלומר, היכן שממוקמים אזורי תעשייה, מפעלים ותחנות כוח. "אם החיישן ממוקם רחוק ממקור הזיהום, אז מתקבלות מדידות נמוכות יותר. בנוסף, המזהם חשוף לכל השינויים הכימיים שמתרחשים באטמוספרה ושמשנים את הרכבו עד שהוא נמדד בתחנה. שלישית, כאשר יש דליפה של מזהם ורוצים לשים את האצבע על המפעל שממנו מתרחשת הדליפה ולקנוס אותו, לא קיימת האפשרות הזאת. החיישן הרי לא נמצא בצמוד למפעל ולכן אין דרך להוכיח שהוא המקור".

בנוסף לכל אלו, פישביין מציין כי כיום נהוג לבנות מפות זיהום אוויר בעזרת מודלים. "המודלים נכונים כאשר מדובר בסקאלות גבוהות, כמו למשל כל מדינת ישראל, או כל מפרץ חיפה, אך כאשר מתייחסים לשטחים קטנים, כמו שכונה או רחוב, המודלים כבר אינם רלוונטיים ובמקומם משתמשים בשיטות אינטרפולציה (ייצור מידע חדש על סמך אוסף נתונים סופי, ע.ב.י). הבעיה היא ששיטות האינטרפולציה הן שיטות מתמטיות, שכלל לא לוקחות בחשבון את ההתנהגות הכימית והפיזיקלית של התופעה הנמדדת".

חיישן קטן ואלגוריתם מעודכן

כדי לקבל תמונת מצב אמינה יותר לגבי רמת זיהום האוויר, פישביין מציע פרישה רחבת תפוצה של חיישנים אלחוטיים קטנים וזולים. "אלו חיישנים קטנים, בגודל של קופסת סיגריות, ולכן ניתן לנייד אותם בקלות. כל אדם יכול לקחת את החיישן אתו לכל מקום ולמדוד. החיישן מודד את ערכי הזיהום באותה נקודה, ואז ניתן לקבל מדידה הרבה יותר טובה, וכך גם לקבל הערכת חשיפה לזיהום אוויר טובה בהרבה".

את התשתית לפיתוח אותם חיישנים ולהתנסות בהם עשה פישביין לראשונה במסגרת המחקר חשים את האוויר, שכלל פרישת רשת חיישנים זעירים ברחבי שכונת נווה שאנן בחיפה במטרה למדוד את מידת זיהום האוויר ברחובות השונים בשכונה. המחקר עצמו היה חלק ממיזם אירופי גדול יותר בשם CITI-SENSE , שמטרת העל שלו היא להנגיש לציבור מידע בנוגע לאיכות האוויר בעירם.

אולם במעבדה של פישביין לא הסתפקו רק בפיזור חיישנים רבים הממוקמים "בגובה האף", אלא גם פיתחו אלגוריתם ייעודי, שמשלב בין שיטת המודלים לבין שיטת האינטרפולציה (שיטה שמאפשרת לייצר מידע חדש מאוסף נתונים סופי), ושאותו ניתן להכיל על הנתונים המתקבלים מהחיישנים.

חיפה. מפות זיהום האוויר שמתקבלות בשיטה הזו הן כלי חשוב לצרכי רגולציה. תצלום: aiham abuwasel – unsplash

על פי פישביין, האלגוריתם החדש מאפשר ליצור מפות זיהום אוויר מדויקות יותר מהמפות מבוססות המודלים, שמייצגות באופן מוצלח יותר את איכות האוויר שאותו אנו נושמים. "ברגע שלוקחים מודל ומנצלים את היכולת שלו להתייחס לפיזיקה ולכימיה של המזהמים ומחברים אותו לשיטות האינטרפולציה שמסוגלות להתייחס לניואנסים הקטנים בסקאלות קטנות, החיבור שלהם יחד מייצר אלגוריתם שמאפשר בניית מפות מדויקות שמתחשבות בתכונות הכימיות והפיזיקליות של התופעה, ומצד שני מספקות דיוק ברמה מאוד עדינה", מסביר פישביין. כמו כן, האלגוריתם אינו תלוי במודל הפיזור, ולכן מתאים למגוון רחב של יישומים, בהתאם לרמת הדיוק הנדרשת והמשאבים הזמינים.

על פי פישביין, מפות זיהום האוויר שמתקבלות בשיטה הזו הן כלי חשוב לצרכי רגולציה, משום שהן יאפשרו את איתור מקור הפליטה של מזהמים, כך שניתן יהיה לקנוס ולהטיל אחריות פלילית על מפעלים מזהמים והמנהלים שלהם וכך לשמור באופן אפקטיבי יותר על איכות האוויר והבריאות של כולנו. כמו כן, בעזרת יישום נכון של המידע המתקבל מאותן מפות ניתן יהיה לקבל מידע מדויק יותר על הקשר שבין ריכוזים של מזהם אוויר מסוים לבין מידת התחלואה, ממצאים שיקדמו משמעותית את תחום המחקר שעוסק בזיהום אוויר ובבריאות הציבור.


בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-ynet

שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

עקבו אחרי זווית