Як нам вивести пластикове сміття з океанського спектру науки
Пластикові відходи: широкі тижні в океані
Скільки бачить око, велика ковбаса з оранжево-червоних пластикових бобів навколо Тихого океану. Гігантська річ повинна бути довгою 100 кілометрів і збирати пластикові відходи, які дрейфують до цього бар’єру з океанічними течіями. Такі збирачі сміття не повинні скоро закінчувати роботу. Зрештою, кажуть, що в океанах плаває майже 5000 мільярдів пластикових частинок - від крихітних істот, яких можна побачити лише під мікроскопом, до кросівок, гумових качок та поліетиленових пакетів. Крім того, щороку в море витікає близько 4,8 - 12,7 млн. Тонн пластикових відходів, з сильною тенденцією до збільшення. Як тонкий сміттєвий суп ця суміш плаває на поверхні води, отруює мідії та інші організми, закупорює органи травлення морських черепах та морських птахів. Якщо гігантська пластикова ковбаса виловить частину відходів з води, менше тварин загине, сподівається керуючий директор компанії "Очищення океану" Боян Слат.
На даний час плавучий бар’єр ще далеко. Наразі Боян Слат та його співробітники протестували лише своєрідну мініатюрну версію запланованої 100-кілометрової перешкоди: у березні 2014 року на Азорських островах та у вересні того ж року в порту Роттердама над водою плавали лише 40 метрів. Вони складаються з тканини, покритої ПВХ, і, отже, однієї із пластмас, яка згодом буде вийнята з води. Щоб пристрій не відходило, воно прикріплюється до морського дна. Однак на Азорських островах він знаходився лише на 25 метрів нижче рівня води, і тому в межах легкої досяжності. Однак у Тихому океані глибина води становить кілька тисяч метрів. Якщо вони хочуть закріпити там свою гігантську ковбасу з ПВХ, оператори пробивають нові технічні підстави.
В якості випробувальних об'єктів Боян Слат та його команда перекинули пластиковий буй, пластикову пляшку та засіб та невеликий шматок пластику через борт судна для супроводу та спостерігали за їх поведінкою. Як вони і підозрювали, припливні течії перед островами рухали чотири частини спочатку до ПВХ-бар'єру, а пізніше вздовж його кривої до центру. Саме так має працювати згодом готова система: у Тихому океані величезний водяний вихор виганяє відходи по колу - так званий тихоокеанський сміттєвий вихор. Наскільки великою є уражена ділянка, важко оцінити, оскільки концентрація пластики, очевидно, постійно зменшується від центру вихору назовні. Залежно від вмісту пластику, при якому вони встановлюють зовнішню межу сміттєвого вихору, дослідники стикаються з площами від 700 000 до 15 мільйонів квадратних кілометрів. Перше значення відповідає приблизно вдвічі більшій площі Німеччини, а друге - півтора рази площі Європи.
Успішне використання у великих масштабах?
Як тільки струми загнали частинки в загради і вздовж нього до центру перешкоди, їх слід витягти з води там за допомогою конвеєрної стрічки, відкласти в силос або на вантажне судно і остаточно утилізувати. Однак планувальники ще не визначилися з методом для цього питання. Під час випробування шланг із ПВХ, що піднімається на 70 сантиметрів над поверхнею води, рухався вгору-вниз разом з хвилями, не змиваючись водою і, отже, плаваючими в ній частинками пластику. Відповідно, сміття фактично концентрується за бар’єром і його можна забрати звідти. Це покаже черговий тест із бар'єром довжиною 100 метрів у Північному морі біля узбережжя Нідерландів протягом 2016 року.
Це спочатку вичерпає практичний досвід проекту. Решта концепції складається з техніко-економічного обґрунтування понад 500 сторінок, над яким працювали близько 100 дослідників. З цього моменту, однак, починається критика. Ряд вчених, які, як Маркус Еріксен з Інституту п’яти гіреїв в Лос-Анджелесі, Мартін Тіель з Університету католіки дель Норте в Кокімбо, Чилі, і Рейнгольд Лейнфельдер з Вільного університету Берліна роками займаються не тільки забрудненням у морі, але й не тільки сумніваються в цьому. технічна доцільність того, що Боян Слат називає "найбільшою операцією з прибирання в історії". Перш за все, дослідники впевнені, що боротьба з пластиковою повінню повинна розпочинатися не в морі, а набагато раніше.
Тому що сама технологія все ще має камені спотикання в різних місцях. Закріплення плаваючого бар’єру є головною проблемою, визнає організація в самому техніко-економічному обґрунтуванні. Зрештою, Тихий океан у цільовій зоні має глибину від 1800 до 4800 метрів. Практично немає досвіду закріплення на цих глибинах; на сьогоднішній день найглибше якірне спорудження досягло 2400 метрів за словами Бояна Слата. Крім того, за його інформацією, довжина всієї якірної конструкції була б на два порядки вищою, ніж попередній рекордсмен таких офшорних споруд. Коротше кажучи: Slat хоче перейти в абсолютно нові виміри за допомогою цього пристрою.
Зусилля та користь
Інші частини системи вже розраховані. Кажуть, що лише плавучий бар’єр коштує 97 мільйонів євро. Ще 20 мільйонів євро витрачається на платформу та її обладнання, включаючи подрібнювач великих шматків пластику, майстерню та 50-тонний кран - все вказано з трьома знаками після коми. На додаток до цих інвестицій існують поточні витрати. Платформа повинна збирати концентрований пластик із стійкою сонячною або вітровою енергією та зберігати його у тимчасовому сховищі. Звідти пластикові відходи кожні шість-сім тижнів збирає корабель і доставляє на берег. Загалом, техніко-економічне обчислення обчислює загальні витрати на цей період 317 мільйонів євро, включаючи інвестиції. Студент аерокосмічної техніки, який народився в 1994 році, зібрав два мільйони євро стартового капіталу за допомогою краудфандингу; Боян Слат оптимістичний, що знайде решту.
Теоретично проект навіть міг би стати фінансовим самоврядником, оскільки пластикові відходи можна було продати як сировину. Техніко-економічне обчислення підраховує, що завод може виловлювати в цілому 70 000 тонн пластику з північної частини Тихого океану. Щоб окупити загальні витрати в 317 мільйонів євро, кожну тонну доведеться продати за 4529 євро - поточні ціни на світовому ринку в 2016 році принесуть лише близько 100 євро за тонну пластикових відходів. Прибуток навряд чи видно в осяжному майбутньому. Тому підприємцю все одно доведеться зібрати трохи грошей.
Згідно з техніко-економічним обґрунтуванням, правова ситуація також є абсолютно не чіткою. Оскільки відкрите море не належить жодній державі, там не застосовується жодна правова система держави, якщо тільки там не перебуває судно, яке зареєстроване в штаті і плаває під його прапором. На цьому судні діють закони та правила цієї країни. Твердо закріплене і велике спорудження навряд чи повинно проходити як корабель, швидше це штучний острів. Це, у свою чергу, можна побудувати у відкритому морі відповідно до міжнародної практики. Потім кораблі повинні ухилятися від такої конструкції та приймати значний об’їзд із бар’єром довжиною 100 кілометрів.
Поки що це юридичне питання видається зрозумілим. Однак в океанах є також артефакти, що викликають сумніви в інших місцях: величезні плавучі мережі довжиною до 45 кілометрів, які використовувались для виведення кальмарів з води до 1990 року. Ці сітки мали сильний вплив на всю екосистему, оскільки вони без розбору очищали все життя від моря, яке було більше, ніж розмір вічка. З цієї причини ООН резолюцією заборонила їх. Боян Слат та його співробітники сподіваються, що ООН не буде трактувати це рішення як прецедент для своєї океанської мітли. Зрештою, вони не будуть забруднювачами, але позбавлять навколишнє середовище від пластикових відходів.
Загроза прилову?
На відміну від цього, ті, хто бере участь, відносно широко займаються "приловом": видами, які потрапляють у сітки або на гачки, хоча рибалки взагалі не хотіли їх ловити. Оскільки це завдає шкоди екосистемі, вже давно існують обширні правила, що дозволяють утримувати прилов якомога меншим і визначати, як поводитися з видами, які потрапили помилково. Ці правила насправді не застосовуються до "очищення океану", оскільки згідно з техніко-економічним обґрунтуванням з моря потрібно виловлювати не рибу, а пластмасу. У будь-якому випадку проект працює із бар’єром, від якого фартух занурюється на три метри у воду. Течії, швидше за все, проштовхуватимуться через мікроскопічний планктон у верхніх шарах води нижче. А більші організми, ймовірно, можуть уникнути самі, стверджують технологи. Навіть якби бар’єр збирав весь промитий планктон, північна частина Тихого океану втрачала б лише десять мільйонів тонн планктону щороку. Боян Слат заспокоює потенційних критиків, що на видобуток біомаси з усіх світових океанів разом знадобиться лише сім секунд, щоб подолати цей розрив, що розривався цілий рік.
Просто сумнівний успіх
У будь-якому випадку фінансові та екологічні ризики протиставляються сумнівним успіхом. Завдання в 70 000 тонн пластику звучить величезно і становить понад 40 відсотків від загальної кількості пластику в північній частині Тихого океану. І в глобальному порівнянні, цінність не звучить погано, оскільки 269 000 тонн пластику мають рухатися у всіх морях, за словами Маркуса Еріксена з Інституту п’яти гірей в Лос-Анджелесі та його колег, підрахованих у грудні 2014 року в "PLoS One". Це означає, що за десятиліття очищення океану виловило б з моря більше чверті існуючого пластику.
Однак ці низькі показники суперечливі, оскільки Дженна Джамбек з Університету Джорджії в Афінах та її колеги підраховують, що лише в 2010 році кілька мільйонів тонн пластикових відходів, ймовірно, було вимито в океани. Дослідники розглянули всі райони в 192 країнах світу, що знаходяться не далі ніж на 50 кілометрів від найближчого узбережжя. Якщо люди там не утилізують належним чином пластмаси, які більше не потрібні, і, наприклад, залишають поліетиленові пакети або одноразові пляшки, що лежать навколо, їх легко вітром здути або дощем змити у найближчу водойму. Через деякий час пластик потрапляє в море. І ця повінь збільшується з року в рік; лише в Азії до 2025 року ця сума може подвоїтися
Отже, якщо Боян Слат та його колеги за десять років виловлять із північного Тихого океану 70 000 тонн пластику із загальною вартістю у кілька сотень мільйонів євро, вони будуть виловлювати приблизно одну тисячу пластику, який був промитий в океани одночасно. І при цьому дорого куплений успіх практично незначний. Але як виникає розбіжність у цифрах? Мартін Тіль та Маркус Еріксен та їхні колеги мають сильні підозри: велика флотація довго не тримається в солоній воді. Ультрафіолетове світло сонця робить пластик більш крихким, а постійні хвилі потім розсипають пластик на все менші і менші частинки. Незабаром вони стануть настільки малими, що багатьох можна побачити лише під мікроскопом. "Як гігантський вир, ці сміттєві вихори все більше і більше руйнують пластику", - пояснює Тіл.
Харчовий ланцюг проміжного зберігання?
Коли дослідники підрахували, скільки таких дрібних частинок повинно утворитися з більших виміряних пластикових деталей, вони були здивовані: "За допомогою наших сіток ми виловили менше одного відсотка найдрібніших частинок з океанів, які мали утворитися відповідно до цих розрахунків", дивується Мартін Тіль. Дослідники можуть придумати лише одне пояснення цьому: життя в морі. Чим менше частинки, тим легше водним організмам їх поглинати. Насправді дослідники знаходять їх у травних органах риб та багатьох інших морських мешканців. Такі вказівки дають чітке свідчення: значна частина відсутньої пластмаси могла б потрапити в харчовий ланцюг, тобто вона міститься в планктоні, у риб та інших тварин океанів, що, в свою чергу, шкодить їх здоров’ю та розмноженню. "Ти відчуваєш себе ситим із пластиком у шлунку і вмираєш від голоду", - резюмує Тіель один із парадоксальних наслідків.
І коли Россана Сусареллу з морського інституту французької дослідницької організації CNRS у Плузане в Бретані та її колеги помістили у воду своїх розмножувальних цистерн крихітні мікропластичні частинки діаметром шість мікрометрів, молюски зіткнулись із значними проблемами при їх розмноженні. Їх насіння було набагато повільнішим, вони відкладали менше яєць, які також були меншими, а потомство росло повільніше, повідомляють дослідники.
Тому Тіл і Ко вважають більш актуальним інший підхід, ніж підхід Слат: "Перш за все, ми повинні ефективно зменшити величезний потік пластику - і бажано задовго до того, як він досягне моря". Пітер Шерман та Ерік ван Себіл з Імперського коледжу в Лондоні також приходять до такого висновку в "Листах з екологічних досліджень": Для того, щоб зберегти вплив на екосистему якомога нижче, набагато ефективніше видаляти пластикові відходи біля моря, а не у відкритому морі Щоб витягнути узбережжя з моря. Такі компанії обіцяють найбільший успіх перед Китаєм та Індонезією, тому що там процвітає економіка, а отже і виробництво пластмас. Обидві країни є міжнародно визнаними найбільшими виробниками пластикових відходів, і їх продукція часто потрапляє в море. Європейський Союз в цілому слід лише на 18 місці, США на диво на 21 місці.
Ще більше технічних підходів
Гюнтер Бонін та заснована ним організація "Одна земля - один океан" хочуть розмістити тут свої мережі для пластикових відходів. Подібно Бояну Слату, Гюнтер Бонін не є професіоналом, що стосується морської науки або пластикових відходів, коли він плавав морем пластмас біля північноамериканського узбережжя Тихого океану в 2009 році. "Коли після поїздки я дізнався, що ніхто не дбає про збір сміття в океанах, у мене з'явилося" клацання! " зроблено ", згадує власник компанії з інформаційних технологій. Потім він розробив способи видобування пластикових відходів з води і заснував одну землю - один океан в 2011 році. На відміну від головного проекту Слата, він спочатку спирається на менші заходи.
Бонін називає найменшу одиницю "Seehamster". Прототип вже брав пластик із внутрішніх вод та внутрішніх морів, таких як Балтійське море, у 2012 році. Вся справа в невеликому катамарані з двома чотириметровими корпусами, які є трохи більше, ніж плавучі циліндри. Поміж ними висить рамка з сіткою з розміром вічка один сантиметр. Морські хом'яки цієї конструкції їздять з невеликими електродвигунами, але їх також можна буксирувати на човнах. Їх також можна причепити до гирла річки та забрати пластикові відходи, що плавають там. У 2015 році третє покоління морських хом'яків вже було в дорозі.
На один розмір більше "ламантина", який зараз будується. "У 2017 та 2018 роках цей робочий катер вирушить у тур і буде випробуваний в різних водах", - пояснює Бонін. Так само, як морський хом'як, ламантин - це катамаран. Однак два корпуси мають дванадцять метрів у довжину і десять метрів один від одного. У проміжку між ними натягнуто дві сітки з розміром вічка 2,5 сантиметра, які занурюються у воду на три-чотири метри. Ламантин має два приводи, які будуть звичайними в прототипі, але згодом можуть використовувати сонячну та вітрову енергію. Це розганяє робочий катер до двох вузлів і таким чином досягає швидкості пішохода. Ця низька швидкість не тільки економить енергію, але й дає шанс уникнути більшим істотам у воді, тоді як менші організми проникають крізь сітку сіток.
На палубі є маленький будиночок, де вчений використовує інфрачервоний спектрометр, щоб уважно вивчити сміття та визначити, який тип пластику манат виловлює з води. Якщо концепція докаже себе, екіпаж може бути ліквідований, і не лише один ламантин, але велика кількість ламантинів може автоматично переміщатися узбережжям і збирати сміття в процесі. Гюнтер Бонін думає, наприклад, про затоку Ріо-де-Жанейро, з якої щодня у відкриту Атлантику дрейфує близько 150 тонн пластику. Оскільки за одну поїздку вона може виловити з води лише дві або не більше трьох тонн пластику, вам потрібні деякі з цих робочих човнів для помітного ефекту.
Якщо сітка заповнена, ламантин вішає на неї буй, передає позицію в центр управління, а потім пускає все це в море. Туди їде ще один катамаран, якого Бонін неспроста називає "морським фермером": "Він приносить урожай і везе його в сарай", - пояснює він. Цей "сарай" знаходиться не на суші, а плаває по воді і називається "тюленем слона" - танкером з подвійним корпусом, який сьогодні є загальним для таких кораблів. Зібрані пластикові відходи сортуються на борту, а потім нагріваються до декількох сотень градусів Цельсія. Маса зріджується і, таким чином, може бути перетворена в безсірчану мазут, який зберігається в резервуарах на борту. Тюлень слона спалює від 20 до 30 відсотків отриманого таким чином палива для власного бізнесу. Решту він продає кораблям, які перетинають його маршрут, і використовує виручені кошти для фінансування частини своїх витрат. Однак від цього процесу залишається коксівне вугілля, яке згодом доведеться утилізувати на суші.
Тим часом Гюнтер Бонін підрахував, що двоє співробітників можуть за один день зібрати з морськими фермерами 200 тонн пластикових відходів і принести їх до тюленя слона. Оскільки він каже, що сьогодні вже може продати тонну пластикових відходів за 100 євро, ця збірна кампанія може навіть бути корисною в довгостроковій перспективі. Мартін Тіель продовжує наполягати на тому, щоб збір було зайвим у довгостроковій перспективі: "Ми просто повинні засмітити джерела та не допустити неконтрольованого викиду пластмас у навколишнє середовище і, зрештою, у море", - каже німецький морський біолог. Перш за все, це було б значно дешевше. Сам Бонін вже має ідею щодо цього: "Звичайно, ми могли б заплатити людям у Південно-Східній Азії невелику суму за кожен кілограм пластикових відходів, які вони нам дають і які не потрапляють у навколишнє середовище", - зазначає він. Це було б навіть дешевше та ефективніше, ніж будь-яка збірна кампанія на морі.