Как да извадим пластмасовите боклуци от океанския спектър на науката
Пластмасови отпадъци: широки седмици в океана
Докъдето може да погледне, едър колбас, изработен от оранжево-червени пластмасови бобчета около Тихия океан. Гигантското нещо трябва да е дълго 100 километра и да събира пластмасови отпадъци, които се носят към тази бариера с океанските течения. Такива събирачи на боклук не бива да остават без работа в скоро време. В края на краищата се казва, че в океаните плуват почти 5000 милиарда пластмасови частици - от малки същества, които могат да се видят само под микроскоп, до маратонки, гумени патици и найлонови торбички. Освен това около 4,8 до 12,7 милиона тона пластмасови отпадъци се оттичат в морето всяка година, със силна тенденция към увеличаване. Като тънка супа за боклук, тази смес се носи на повърхността на водата, отрови миди и други организми, запушва храносмилателните органи на морски костенурки и морски птици. Ако гигантският пластмасов колбас излови част от отпадъците от водата, по-малко животни ще умрат, така че се надява управляващият директор на компанията "The Ocean Cleanup" Боян Слат.
В момента плаващата бариера все още е далеч. Във всеки случай Боян Слат и неговите служители са тествали само един вид миниатюрна версия на планираната бариера с дължина 100 километра: през март 2014 г. на Азорските острови и през септември същата година в пристанището на Ротердам, само 40 метра плават по водата. Те се състоят от тъкан, покрита с PVC и по този начин една от пластмасите, които по-късно ще бъдат извадени от водата. За да не се отдалечи устройството, то е закотвено към морското дъно. На Азорските острови обаче той е бил само на 25 метра под нивото на водата и следователно е лесно достъпен. В Тихия океан, от друга страна, дълбочината на водата е няколко хиляди метра. Ако искат да закотвят там гигантската си наденица от PVC, операторите пробиват нова техническа основа.
Като тестови обекти Боян Слат и екипът му хвърлиха пластмасова шамандура, пластмасова бутилка и медия и малко парче пластмаса над борда на ескорт лодка и наблюдават поведението им. Както подозираха, приливните течения пред островите отвеждаха четирите части първо към PVC бариерата, а по-късно по нейната крива към центъра. Точно така трябва да работи завършената система по-късно: В Тихия океан огромен воден вихър изхвърля отпадъците наоколо в кръгове - така наречения тихоокеански вихър за боклук. Трудно е да се прецени колко голяма е засегнатата област, тъй като концентрацията на пластмаса очевидно непрекъснато намалява от центъра на вихъра навън. В зависимост от съдържанието на пластмаса, при което те определят външната граница на вихъра на боклука, изследователите се натъкват на области между 700 000 и 15 милиона квадратни километра. Първата стойност съответства на около два пъти площта на Германия, а втората на един и половина пъти площта на Европа.
Успешно използване в голям мащаб?
Веднага след като теченията забият частиците в баража и по него към центъра на бариерата, те трябва да бъдат извадени от водата там с конвейер и да бъдат депонирани в силоз или в товарен кораб и накрая да бъдат изхвърлени. Плановиците обаче все още не са решили метод за тази точка. При теста PVC маркучът, който се издига на 70 сантиметра над повърхността на водата, се движеше нагоре и надолу с вълните, без да се измива от водата и по този начин от плаващите в нея пластмасови частици. Съответно боклукът всъщност е концентриран зад преградата и би могъл да бъде прибран оттам. Друг тест със 100-метрова бариера в Северно море край холандското крайбрежие през 2016 г. трябва да покаже това.
Това първоначално ще изчерпи практическия опит на проекта. Останалата част от концепцията се състои от проучване за осъществимост от над 500 страници, върху което са работили около 100 изследователи. В този момент обаче критиката започва. Редица учени, като Маркус Ериксен от Института „Пет гира“ в Лос Анджелис, Мартин Тиел от Университета Католика дел Норте в Кокимбо, Чили, и Райнхолд Лайнфелдер от Свободния университет в Берлин от години се занимават със замърсяването в морето, не само се съмняват в това техническа осъществимост на това, което Боян Слат нарича „най-голямата операция по почистване в историята“. Преди всичко изследователите са убедени, че борбата срещу пластмасовото наводнение не трябва да започва в морето, а много по-рано.
Тъй като самата технология все още има препъни камъни на различни места. Закрепването на плаващата бариера е голямо предизвикателство, признава организацията в самото проучване за осъществимост. В края на краищата Тихият океан в целевата зона е между 1800 и 4800 метра дълбочина. На практика няма опит с закрепване на тези дълбочини; досега най-дълбоката котва е достигнала 2 400 метра според Боян Слат. На всичко отгоре, според неговата информация, дължината на цялата анкерна конструкция би била с два порядъка по-голяма от предишния рекордьор на такива офшорни структури. Накратко: Slat иска да премине в напълно нови измерения с това устройство.
Усилие и полза
Останалите части на системата вече са изчислени. Твърди се, че само плаващата бариера струва 97 милиона евро. Още 20 милиона евро бяха похарчени за платформата и нейното оборудване, включително шредер за големи парчета пластмаса, работилница и 50-тонен кран - всички посочени на три места зад десетичната запетая. В допълнение към тези инвестиции има и текущи разходи. Платформата трябва да събира концентрираната пластмаса с устойчива слънчева или вятърна енергия и да я депозира във временно хранилище. Оттам пластмасовите отпадъци се събират от кораб на всеки шест или седем седмици и се изнасят на брега. Като цяло предпроектното проучване изчислява общите разходи от 317 милиона евро за този период, включително инвестициите. Студентът по аерокосмическо инженерство, роден през 1994 г., събра два милиона евро начален капитал чрез краудфандинг; Боян Слат е оптимист, че ще намери останалото.
На теория проектът дори би могъл да се превърне във финансов самоуправляващ се, защото пластмасовите отпадъци могат да се продават като суровина. Проучването за осъществимост изчислява, че централата може да лови общо 70 000 тона пластмаса от северната част на Тихия океан. За да се възстановят общите разходи от 317 милиона евро, всеки тон трябва да бъде продаден за 4529 евро - настоящите цени на световния пазар през 2016 г. биха донесли само около 100 евро за тон пластмасови отпадъци. Печалбите едва ли се виждат в обозримо бъдеще. Следователно предприемачът ще трябва да събере малко пари.
Правното положение също е всичко друго, но не и ясно, според проучването за осъществимост. Тъй като открито море не принадлежи на никоя държава, там не се прилага никаква правна система на държава - освен ако не е в ход кораб, който е регистриран в държава и плава под нейно знаме. За този кораб се прилагат законите и разпоредбите на тази държава. Твърдо закотвена и голяма конструкция обаче едва ли трябва да мине като кораб, а по-скоро е изкуствен остров. Това от своя страна може да бъде изградено в открито море в съответствие с международната практика. След това корабите трябва да избегнат такава конструкция и да приемат значително отклонение със 100-километрова бариера.
Засега този правен въпрос изглежда ясен. В океаните обаче има и артефакти, които пораждат съмнения другаде: огромни плаващи мрежи с дължина до 45 километра, използвани за изваждане на калмари от водата преди 1990 г. Тези мрежи оказаха силно въздействие върху цялата екосистема, защото безразборно изчистваха целия живот от морето, което беше по-голямо от размера на окото. Поради тази причина ООН ги забрани с резолюция. Боян Слат и колегите му се надяват, че ООН няма да тълкува това решение като прецедент за своята океанска метла. В края на краищата те няма да бъдат замърсители, но биха освободили околната среда от пластмасови отпадъци.
Заплаха от прилов?
За разлика от тях участниците се занимават относително широко с „прилов“: видове, които се озовават в мрежи или на куки, въпреки че рибарите изобщо не искат да ги хванат. Тъй като това уврежда екосистемата, отдавна съществуват обширни разпоредби, за да се запази възможно най-нисък прилов и да се определи как да се работи с видове, които са уловени по погрешка. Тези правила всъщност не се прилагат за "почистването на океана", тъй като не рибата, а пластмасата трябва да се лови извън морето, според проучването за осъществимост. Във всеки случай проектът работи с бариера, от която престилка се потапя на три метра във водата. Теченията вероятно ще изтласкат микроскопичния планктон в горните водни слоеве отдолу. А по-големите организми вероятно биха могли да избегнат сами, твърдят технолозите. Дори ако бариерата трябваше да поеме целия измит планктон, Северният Тихи океан би загубил само десет милиона тона планктон годишно. Боян Слат успокоява потенциалните критици, че производството на биомаса от всички световни океани ще отнеме само седем секунди, за да запълни тази пропаст, която е била разкъсана за цяла година.
Просто съмнителен успех
Във всеки случай финансовите и екологичните рискове се противодействат със съмнителен успех. Целта от 70 000 тона пластмаса звучи огромно и е повече от 40 процента от общото количество пластмаса в северната част на Тихия океан. И в глобално сравнение стойността не звучи зле, защото 269 000 тона пластмаса трябва да са в движение във всички морета, според Маркус Ериксен от Института Five Gyre в Лос Анджелис и негови колеги, изчислени в "PLoS One" през декември 2014 г. Това означава, че почистването на океана би извадило над една четвърт от съществуващата пластмаса от морето за едно десетилетие.
Тези ниски цифри обаче са противоречиви, тъй като Джена Джамбек от Университета на Джорджия в Атина и нейните колеги изчисляват, че няколко милиона тона пластмасови отпадъци е вероятно да бъдат измити в океаните само през 2010 г. Изследователите разгледаха всички области в 192 държави по света, които са на не повече от 50 километра от най-близкото крайбрежие. Ако хората там не изхвърлят правилно пластмасите, които вече не са необходими, и например оставят пластмасови торбички или бутилки за еднократна употреба да лежат открито, те лесно се отнасят от вятъра или се измиват в най-близкото водно тяло от дъжда. След известно време пластмасата се оказва в морето. И това наводнение се увеличава от година на година; само в Азия сумата може да се удвои до 2025 г.
Така че, ако Боян Слат и колегите му изловят 70 000 тона пластмаса от северната част на Тихия океан за десет години с обща цена от няколкостотин милиона евро, те ще уловят около една на хиляда от пластмасата, която е била измита в океаните по същото време. И с това скъпо купеният успех е практически незначителен. Но как възниква разминаването в цифрите? Мартин Тийл и Маркус Ериксен и техните колеги имат сериозни подозрения: Големият флот не трае дълго в солена вода. Ултравиолетовата светлина на слънцето прави пластмасата по-крехка и постоянните вълни след това раздробяват пластмасата на все по-малки частици. Скоро те ще бъдат толкова малки, че много от тях могат да се видят само под микроскоп. „Подобно на гигантски водовъртеж, тези боклуци все повече разграждат пластмасата“, обяснява Тийл.
Хранителна верига за междинно съхранение?
Когато изследователите изчисляват колко такива малки частици трябва да се образуват от измерените по-големи пластмасови части, те са изненадани: „С нашите мрежи ловихме по-малко от един процент от най-малките частици от океаните, които трябваше да се образуват според тези изчисления“, чуди се Мартин Тийл. Но изследователите могат да измислят само едно обяснение: животът в морето. Колкото по-малки са частиците, толкова по-лесно водните организми ги усвояват. Всъщност изследователите ги намират в храносмилателните органи на рибите и много други морски обитатели. Такива индикации дават ясна индикация: Голяма част от липсващата пластмаса може да попадне в хранителната верига, т.е. тя се намира в планктона, в рибите и други животни от океаните, което от своя страна вреди на тяхното здраве и възпроизводство. „Чувствате се сити с пластмаса в стомаха и гладувате до смърт“, обобщава Тиел едно от парадоксалните последици.
И когато Росана Сусарелу от морския институт на френската изследователска организация CNRS в Plouzané в Бретан и нейните колеги поставят миниатюрни микропластични частици с диаметър шест микрометра във водата на своите разплодни резервоари, мекотелите срещат значителни проблеми с размножаването си. Семената им били много по-бавни, снасяли по-малко яйца, които също били по-малки и потомството растяло по-бавно, съобщават изследователите.
Следователно Thiel и Co смятат, че по-различен подход от този на Slat е по-спешен: "На първо място, ние трябва ефективно да намалим огромното наводнение на пластмаса - и за предпочитане много преди да достигне морето." Peter Sherman и Erik van Sebille от Imperial College в Лондон също стигат до този извод в „Писма за изследване на околната среда“: За да се запази въздействието върху екосистемата възможно най-ниско, е много по-ефективно да се премахват пластмасовите отпадъци вместо в открито море в близост до За да извадите брега от морето. Такива компании обещават най-голям успех преди Китай и Индонезия, защото икономиката и по този начин производството на пластмаса процъфтяват там. И двете страни са международно признати като най-големите производители на пластмасови отпадъци и техните продукти често попадат в морето. Европейският съюз като цяло следва само на 18-то място, САЩ изненадващо на 21-во място.
Още по-технически подходи
Гюнтер Бонин и създадената от него организация „Една земя - един океан“ искат да разположат мрежите си за пластмасови отпадъци тук. Подобно на Боян Слат, Гюнтер Бонин не е професионалист по отношение на морската наука или пластмасовите отпадъци, когато през 2009 г. плаваше през море от пластмаси край северноамериканското тихоокеанско крайбрежие. „Когато разбрах след пътуването, че никой не се грижи за събирането на боклука в океаните, имах„ щракване “! направен ", припомня собственикът на компания за информационни технологии. След това разработва начини за изваждане на пластмасовите отпадъци от водата и основава „Една земя - един океан“ през 2011 г. За разлика от големия проект на Слат, той разчита на по-малки мерки в началото.
Бонин нарича най-малката единица "Seehamster". Прототип вече е взел пластмаса от вътрешни води и вътрешни морета като Балтийско море през 2012 г. Цялата работа е малък катамаран с два корпуса с дължина четири метра, които са малко повече от плаващи цилиндри. Между тях виси рамка с мрежа с размер на окото от един сантиметър. Морските хамстери от този дизайн се движат с малки електрически двигатели, но могат да бъдат теглени и от лодки. Те също могат да бъдат закотвени в устието на река и да събират пластмасовите отпадъци, които плуват покрай тях. През 2015 г. третото поколение морски хамстер вече беше на път.
С един размер по-голям е „ламантинът“, който се изгражда в момента. „През 2017 и 2018 г. тази работна лодка ще тръгне на турне и ще бъде тествана в различни води“, обяснява Бонин. Подобно на морския хамстер, маната е катамаран. Двата корпуса обаче са дванадесет метра дълги и десет метра един от друг. В пространството между тях са опънати две мрежи с размер на окото 2,5 сантиметра, които се потапят на три или четири метра дълбоко във водата. Маната има две устройства, които ще бъдат конвенционални в прототипа, но по-късно могат да използват слънчева и вятърна енергия. Това ускорява работната лодка до два възела и по този начин достига скоростта на пешеходец. Тази ниска скорост не само спестява енергия, но също така дава шанс на по-големите същества във водата да се избегнат, докато по-малки организми се вписват през мрежата на мрежите.
На палубата има малка къщичка, където учен изследва боклука с инфрачервен спектрометър и по този начин може да определи какъв вид пластмаса рибата изкарва маната от водата. Ако концепцията се докаже, екипажът може да бъде елиминиран и не само един ламантин, но голям брой ламантини могат автоматично да се придвижват по крайбрежието и да събират боклук в процеса. Гюнтер Бонин мисли например за залива на Рио де Жанейро, от който всеки ден около 150 тона пластмаса се унася към открития Атлантик. Тъй като тя може да лови само два или най-много три тона пластмаса от водата за едно пътуване, имате нужда от някои от тези работни лодки за забележим ефект.
Ако мрежата е пълна, ламантинът закача шамандури върху нея, предава позицията на контролен център и след това оставя цялото нещо да се носи в морето. Друг катамаран отива там, който Бонин с основание нарича „морски фермер“: „Той внася реколтата и я отвежда в обора“, обяснява той. Тази „плевня” не стои на сушата, а се носи по водата и се нарича „тюлен на слон” - танкер с двойния корпус, обичайно в наши дни за такива кораби. Събраните пластмасови отпадъци се сортират на борда и след това се загряват до няколкостотин градуса по Целзий. Масата се втечнява и по този начин може да се превърне в отоплително масло без сяра, което се съхранява в резервоари на борда. Слоновият тюлен изгаря 20 до 30 процента от произведеното по този начин гориво за собствения си бизнес. Той продава останалото на кораби, които пресичат маршрута му и използва приходите, за да финансира част от разходите си. Това, което остава от този процес обаче, е коксуването на въглища, които по-късно трябва да се изхвърлят на сушата.
Междувременно Гюнтер Бонин е изчислил, че двама служители могат да съберат 200 тона пластмасови отпадъци с морските фермери за един ден и да ги донесат на тюленчето на слона. Тъй като казва, че днес вече може да продаде един тон пластмасови отпадъци за 100 евро, тази кампания за събиране може дори да си струва в дългосрочен план. Мартин Тиел продължава да настоява за събиране на излишни в дългосрочен план: "Просто трябва да запушим източниците и да предотвратим неконтролирано изпускане на пластмаси в околната среда и в крайна сметка в морето", казва германският морски биолог. Преди всичко това би било значително по-евтино. Самият Бонин вече има идея за това: „Разбира се, бихме могли да платим на хората в Югоизточна Азия малко количество за всеки килограм пластмасови отпадъци, които ни дават и които не попадат в околната среда“, разсъждава той. Това би било дори по-евтино и по-ефективно от всяка кампания по събиране на море.