Das Ocean Cleanup Projekt – Logistik und IT für sauberere Ozeane

Am 8. September 2018, wurde das erste Ozeanreinigungssystem der Welt, das „System 001“, in der San Francisco Bay ins Wasser gelassen. Die Grundidee des jungen Initiators Boyan Slat: Die natürlichen Strömungen des Meeres, welche den Plastikmüll in fünf großen Wirbeln in den Ozeanen konzentrieren, nutzen, um diesen wieder einzusammeln.

Alles begann im Jahr 2013 mit einem TEDx Talk des damals 18-jährigen Niederländers, in dem er seinem Publikum seinen ersten Entwurf für ein Ozeanreinigungssystem vorstellte. Das Video ging viral. Seitdem sind fünf Jahre vergangen. Während die grundsätzliche Herangehensweise, die natürlichen Meeresströmungen zu nutzen, erhielten blieb, hat sich an der Konstruktion des Systems vieles verändert. Was kann ein Ozeanreinigungssystem leisten?

 „System 001“ hat bald seinen ersten Einsatz im Great Pacific Garbage Patch

Das „System 001“ befindet sich derzeit 350 Seemeilen von San Francisco entfernt im Pazifik, wo letzte Tests durchgeführt werden – in Kürze soll es die verbliebenden 1.000 Seemeilen bis zum „Great Pacific Garbage Patch“ zurücklegen, um mit der Sammlung des Plastiks zu beginnen. Der Great Pacific Garbage Patch („Großer Pazifikmüllfleck“) beschreibt die riesige Ansammlung an Plastikmüll im Nordpazifik zwischen Hawaii und Kalifornien. Bis „System 001“ allerdings losgeschickt werden konnte, verbrachte das Team um Boyan Slat fünf Jahre mit der Sammlung von Daten, Recherche, der Konstruktion des Systems, sowie regelmäßigen Tests. Über diesen Zeitraum wurden im Rahmen des Projektes 273 Modellversuche, sechs Prototypentests auf See, sowie die Kartierung des Great Pacific Garbage Patches mit 30 Schiffen und einem Flugzeug durchgeführt.

Erkenntnisse durch die größte Meeresforschungsexpedition weltweit

Das Ocean Cleanup Team durchquerte im August 2015 in der größten Meeresforschungsexpedition der Welt mit 30 Schiffen gleichzeitig den Great Pacific Garbage Patch. Sie erfassten dabei eine Fläche von 3.5 Millionen Quadratkilometern und sammelten mehr Daten als in den letzten 40 Jahren insgesamt zusammengetragen wurden. Dabei fanden sie unter anderem heraus, dass etwa 46% des Plastikmülls in den Meeren aus entsorgten Fischernetzen und -linien besteht, welche für die Meeresbewohner besonders gefährlich sind, da diese sich darin verfangen.

Im Great Pacific Garbage Patch befinden sich nach einer konservativen Schätzung des Teams ca. 800 Millionen Kilogramm Plastik. Mengenmäßig sind das schätzungsweise 1,8 Billionen einzelne Plastikstücke. Etwa 8% davon sind Mikroplastik, also Plastik, welches durch UV-Strahlung in kleinste Stücke zerfallen ist. Dessen geringe Größe erschwert das Vorhaben es einzusammeln und verschlimmert die Auswirkungen des Problems. Denn Mikroplastik ist besonders gefährlich: Die Fragmente sind klein genug um von Meeresbewohnern aufgenommen zu werden und stellen dadurch eine Gefahr für die Nahrungskette bis hin zum Menschen dar. Der Großteil des Ozeanmülls besteht jedoch noch aus größeren Plastikstücken. Werden diese schnell genug entfernt, kann verhindert werden, dass auch diese zu Mikroplastik zerfallen.

Heute kann jeder, der sich mit einem Boot auf dem Ozean befindet, zur Datensammlung des Teams beitragen. Die „Ocean Cleanup Survey App“ kann kostenlos auf Android und iOS Geräten heruntergeladen werden. Der Nutzer kann dann jederzeit ein 30-minütiges Survey beginnen, bei welchem die App die Zeit stoppt. Währenddessen zählt der Nutzer die Müllteile, welche er mit bloßem Auge sieht und ordnet sie Kategorien von Materialien zu. Das Ocean Cleanup Team vergrößert so mithilfe von Freiwilligen seine Datenbasis und stellt die Daten der Wissenschaft zur Verfügung.

“Why go after the plastic, if the plastic can come to you?” – Boyan Slat, 2013

Durch die Strömungen des Ozeans konzentriert sich das Plastik in den Weltmeeren in fünf großen Müllstrudeln. Diese ziehen sich über Millionen von Quadratkilometern und können je nach Strömung in alle Richtungen „wandern“. Den Müll mit Schiffen und Netzen zu säubern, würde unsagbar viel Zeit und Milliarden an Dollar kosten. Deshalb stellten sich die Ingenieure um das Ocean Cleanup Team die Frage, wie sie diese Meeresströmungen zu ihrem Vorteil nutzen könnten. Der Trick liegt darin, dass sowohl der Plastikmüll, als auch die Konstruktion des Ocean Cleanup Projects von der Strömung getragen werden. Studien haben herausgefunden, dass Plastik, welches größer als ein Sandkorn (0,5mm) ist, hauptsächlich an oder kurz unter der Wasseroberfläche schwebt.

Die Konstruktion des Projektteams hat die Form eines „U“, welches aus einem 600 Meter langen Schwimmköper besteht, der an der Meeresoberfläche schwebt; darunter hängt ein drei Meter tiefer Rock. Der Schwimmkörper sorgt für den nötigen Auftrieb und verhindert, dass Plastikteile darüber hinweg fließen, während der Rock den Plastikmüll Unterwasser am Entweichen hindert. Das System bewegt sich durch Wind und Wellen schneller als der Plastikmüll da der Schwimmkörper über der Wasseroberfläche sitzt, während das Plastik zum Großteil knapp unter der Wasseroberfläche schwebt. So können mehr und mehr Plastikteile in der Mitte der U-Form eingefangen werden, wo sie „festsitzen“ bis sie von Mitarbeitern auf Schiffen eingesammelt werden. Algorithmen determinieren die optimalen Einsatzorte der Konstruktion; anschließend bewegt sich diese autonom durch das Areal.

Zum Einfangen des Mülls ist das System also lediglich auf die natürlichen Kräfte des Ozeans angewiesen und benötigt keine externe Energiequelle. Die verwendete Elektronik, sowie die Beleuchtung werden mit Solarenergie betrieben. Echtzeit-Telemetrie ermöglicht es, den Zustand, die Leistung und die Bewegungsbahnen jedes Systems zu überwachen. Das sich aktuell im Meer befindende „System 001“ hat an beiden Enden je einen Satelliten-Sockel (satellite pods), welche es dem Ocean Cleanup Team in Rotterdam ermöglicht, aus der Ferne mit der Konstruktion zu kommunizieren und Daten auszulesen.

An beiden Enden des Systems befinden sich eine Wetterstation und Navigatoren, welche mit einem Automatic Identification System (AIS) ausgestattet sind. Dieses teilt anderen Schiffen den aktuellen Standort der Konstruktion mit. In der Mitte von „System 001“ wurde eine 360° Kamerastation installiert, um jederzeit aus allen Richtungen visuelle Eindrücke gewinnen zu können. Außerdem wurde das System mit Laternen und Radarreflektoren ausgestattet, welche alle hundert Meter sowie an beiden Enden befestigt sind um zu garantieren, dass das Konstrukt jederzeit im Wasser sichtbar ist. 50 Sensoren und Dehnungsdetektoren messen zusätzlich den aktuellen Zustand des Systems.

Welche Kräfte mussten bei der Konstruktion besonders beachtet werden?

Die Natur des Ozeans:

Das Konstrukt soll sich über Jahre hinweg im Meer befinden, wo es dem Druck von hohen Wellen, starken Winden, Strömungen, UV-Licht, Salz und knabbernden Meeresbewohnern standhalten muss. Der Schlüssel zum Überleben lautet in diesem Fall Flexibilität: Wichtig im Designprozess war, dass das System flexibel genug ist, um mit den Wellen mitzuschwingen zu können, jedoch gleichzeitig fest genug sein muss, um die U-Form beizubehalten. Auch Stürmen trotzt 001. Das System wurde erfolgreich unter extremen Konditionen getestet, welche nur durchschnittlich alle 100 Jahre auftreten.

Schiffsverkehr:

Da im Areal des Great Pacific Garbage Patches nicht viel Schiffsverkehr herrscht, schätzt das Ocean Cleanup Team die Chancen einer Kollision als relativ gering ein. Sollte jedoch ein Schiff durch dieses Areal passieren, ist das System mit Laternen, Radarreflektoren, Navigationssignalen, GPS und Anti-Kollusions-Leuchtfeuern ausgestattet. Das Automatic Identification System gibt passierenden Schiffen kontinuierlich den Standort durch. Ein GPS-Tracker verfolgt den Aufenthaltsort des Systems, sollte es sich aus dem Patch herausbewegen. Die US Küstenwache behandelt das Gebiet außerdem als eine spezielle Operationszone und stellt Mitteilungen an Seefahrer über die Anwesenheit der Systeme aus.

Gefahr für Meeresbewohner

Das System wurde so geplant, dass es das marine Leben nicht negativ beeinträchtigt. Zuallererst bewegt es sich nur sehr langsam durch das Areal – somit können Meeresbewohner davon schwimmen. Außerdem ist der Rock unterhalb des Schwimmkörpers Wasser undurchdringlich, wodurch sich ein Strom entwickelt, der darunter hinwegführt. Organismen, die sich nicht aktiv bewegen können, werden von diesem mitgezogen. Weiterhin wird der Kunststoff nur periodenweise aus dem Wasser gefischt; ein Prozess, der von Menschen durchgeführt wird, welche nach größeren Meeresbewohnern suchen können, bevor der Kunststoff aus dem Wasser gehoben wird.

…und dann?

Ein Schiff, welches als marine Müllabfuhr fungiert, zieht das gesammelte Plastik schließlich alle paar Monate aus dem Meer und bringt es an Land. Das gesammelte Plastik wird analysiert, um die Herkunft herauszufinden und recycelt, um das Projekt weiter zu finanzieren.

Der Beginn des Projektes wurde übrigens durch eine Crowdfunding-Kampagne finanziert: 2014 kamen durch 38.000 Unterstützer aus 160 Ländern 2,2 Millionen US Dollar zusammen – die bisher erfolgreichste gemeinnützige Crowdfunding Kampagne weltweit. Schätzungen des Teams zufolge könnte ein Roll-Out des Systems mit einer Flotte von etwa 60 Systemen im Ozean circa 50% des Great Pacific Garbage Patches in nur fünf Jahren reinigen. Wenn die Systeme in allen Meeresmüllfeldern des Ozeans eingesetzt würden, könnte das Projekt in der Lage sein bis 2040 90% des Plastiks an der Oberfläche der Ozeane zu entfernen.

Der Preis des Vorhabens ist dem Ocean Cleanup Team nach vergleichsweise gering. Sie gehen davon aus, dass eine Reinigungsflotte im Nordpazifik mehrere 10 Millionen US Dollar pro Jahr kosten würde, während die Müllsammlung und -entsorgung in New York City jährlich 2,3 Milliarden US Doller in Anspruch nimmt. Es wäre also um einiges günstiger, eine Fläche eines Ozeans von Müll zu säubern, die zweimal so groß wie Texas ist, als den Müll einer einzigen Stadt zu managen.

Mehr zum Projekt „The Ocean Cleanup“ unter: https://www.theoceancleanup.com