Veel mensen houden ervan om de kust te bezoeken, of ze nu willen genieten van de fysieke voordelen van een opwindende duik of gewoon om te ontspannen op het strand en van de zon te genieten. Maar deze eenvoudige, levensbevestigende genoegens worden gemakkelijk verpest door de aanwezigheid van zwerfvuil, dat, als het aanhoudt, ernstige negatieve gevolgen kan hebben voor zowel het lokale milieu als de economie.

Als u zich in september 2021 voor de kust van Dubrovnik, Kroatië bevond, heeft u misschien twee robots gezien die de zeebodem afspeuren naar puin. In dit team van twee is de een getraind om afval te herkennen, de ander om het in de mand te verzamelen. De robots begonnen aan hun inaugurele missie en werden voor het eerst getest in een echte omgeving om hun vermogen te peilen om bepaalde taken uit te voeren, zoals het herkennen van afval en manoeuvreren onder water. "We denken dat ons project het eerste is dat zwerfvuil onder water op een automatische manier met robots verzamelt", zegt dr. Bart De Schutter, hoogleraar aan de Technische Universiteit Delft in Nederland en coördinator van het SeaClear-project.

De robots zijn een voorbeeld van nieuwe innovaties die worden ontwikkeld om zwerfvuil onder water op te ruimen. Men denkt dat de oceanen tussen de 22 en 66 miljoen ton afval bevatten, dat van gebied tot gebied kan verschillen, waarvan ongeveer 94 procent zich op de zeebodem bevindt. Visuitrusting die door vissers wordt weggegooid, zoals netten, komt veel voor in sommige kustgebieden, terwijl plastic en glazen flessen bijvoorbeeld vooral in andere worden aangetroffen. "We zien ook wel eens bouwmateriaal (in het water) zoals betonblokken of banden en autobatterijen", zegt dr. De Schutter.

Wanneer zwerfvuil in oceanen en zeeën terechtkomt, kan het door stromingen naar verschillende delen van de wereld worden vervoerd en zelfs afgelegen gebieden vervuilen. Zeedieren kunnen worden aangetast als ze afval inslikken of erin vast komen te zitten, terwijl de menselijke gezondheid ook in gevaar komt als er kleine stukjes in ons voedsel terechtkomen. "Het is een zeer ernstig probleem dat we moeten aanpakken", zegt Dr. Fantina Madricardo, een onderzoeker aan het Institute of Marine Sciences-National Research Council (ISMAR-CNR) in Venetië, Italië en coördinator van het Maelstrom-project.

Menselijke duikers worden momenteel ingezet om afval op te halen in sommige zeegebieden, maar het is geen ideale oplossing. Maar ervaren duikers kunnen moeilijk te vinden zijn, terwijl de hoeveelheid tijd die ze onder water kunnen doorbrengen beperkt wordt door hun luchtvoorraad. Sommige gebieden kunnen ook onveilig zijn voor mensen, bijvoorbeeld door besmetting. "Dit zijn aspecten die het geautomatiseerde systeem dat we ontwikkelen kan overwinnen", zegt Dr. De Schutter. "(Het) zal veel efficiënter, kosteneffectiever en veiliger zijn dan de huidige oplossing die gebaseerd is op menselijke duikers."

Een team van zwerfrobots

Dr. De Schutter en zijn team bouwen een prototype van hun systeem voor het SeaClear-project, dat bestaat uit vier robottypes die samenwerken. Een robotschip, dat op het wateroppervlak blijft, zal fungeren als een hub door elektrische stroom te leveren aan de andere robots en zal een computer bevatten die het belangrijkste brein van het systeem is. De drie andere robots - twee die onder water werken en een drone vanuit de lucht - zullen aan het schip worden vastgemaakt.

Eén onderwaterrobot zal verantwoordelijk zijn voor het vinden van zwerfvuil door zich dicht bij de zeebodem te wagen om close-upscans te maken met camera's en sonar. De drone zal ook helpen bij het zoeken naar afval wanneer het water helder is door over een interessant gebied te vliegen, terwijl hij in duistere gebieden uitkijkt naar obstakels zoals schepen. Het systeem zal via kunstmatige intelligentie onderscheid kunnen maken tussen zwerfvuil en andere items op de zeebodem, zoals dieren en zeewier. Een algoritme wordt getraind met afbeeldingen van voorwerpen die het kan tegenkomen, waaronder plastic flessen en vissen, zodat het leert deze te onderscheiden en afval te identificeren.

Het verzamelen van zwerfvuil wordt verzorgd door de tweede onderwaterrobot, die items oppikt die door zijn metgezellen in kaart zijn gebracht. Uitgerust met een grijper en een zuiginrichting, verzamelt hij stukjes afval en deponeert ze in een vastgebonden mand die op de zeebodem wordt geplaatst en die later naar de oppervlakte wordt gebracht. "We hebben een aantal eerste tests gedaan in de buurt van Dubrovnik, waar met opzet een plastic fles is gedeponeerd en die hebben we verzameld met een grijprobot", zegt Dr. De Schutter. "We zullen meer experimenten hebben waarbij we zullen proberen om in moeilijkere omstandigheden meer stukken afval te herkennen en ze vervolgens met de robot op te halen."

Impact op het opruimen onder water

Dr. De Schutter en zijn collega's denken dat hun systeem uiteindelijk in staat zal zijn om tot 90 procent van het zwerfvuil op de zeebodem te detecteren en ongeveer 80 procent van wat het identificeert te verzamelen. Dit is in overeenstemming met enkele van de doelstellingen van de EU-missie Restore Our Oceans and Waters tegen 2030, die tot doel heeft vervuiling uit te bannen en mariene ecosystemen te herstellen door zwerfvuil op zee te verminderen.

Als het project eind 2023 is afgerond, verwacht het team in de komende vijf tot zeven jaar ongeveer tien van hun geautomatiseerde systemen te verkopen. Ze denken dat het interessant zal zijn voor lokale overheden in kustgebieden, vooral in toeristische gebieden, terwijl bedrijven misschien ook geïnteresseerd zijn in het kopen van het systeem en het leveren van een opruimservice of het verhuren van de robots. "Dit zijn de twee hoofdrichtingen waar we naar kijken", zei dr. De Schutter.

Inspelen op hotspots voor zwerfvuil

Een ander team ontwikkelt ook een robotsysteem om afval op de zeebodem aan te pakken als onderdeel van het Maelstrom-project. Hun eerste stap is echter het identificeren van hotspots onder water waar zwerfvuil zich ophoopt, zodat ze weten waar het moet worden ingezet. Verschillende factoren, zoals waterstromingen, de snelheid waarmee een bepaald afgedankt item zinkt en onderwaterkenmerken zoals canyons, hebben allemaal invloed op waar zwerfvuil zich zal ophopen. "We ontwikkelen een wiskundig model dat kan voorspellen waar het nest terecht zal komen", zegt Dr. Madricardo.

Hun robotsysteem, dat wordt getest in de buurt van Venetië, bestaat uit een drijvend platform met acht kabels die zijn verbonden met een mobiele robot die zich op de zeebodem eronder zal verplaatsen om afval in een doos te verzamelen, met behulp van een grijper, haak of zuiginrichting afhankelijk van de grootte van het strooisel. De positie en oriëntatie van de robot kan worden gecontroleerd door de lengte en spanning van de kabels aan te passen en zal in eerste instantie worden bediend door een mens op het platform. Met behulp van kunstmatige intelligentie zal de robot echter objecten leren herkennen en uiteindelijk zelfstandig kunnen functioneren.

Zwerfvuil onder water hergebruiken

Dr. Madricardo en haar collega's streven er ook naar om al het zwerfvuil dat wordt opgehaald te recyclen. Een tweede robot gaat het opgehaalde afval sorteren en classificeren op basis van waaruit het is gemaakt, zoals organisch materiaal, plastic of textiel. Vervolgens werkt het project samen met industriële partners die betrokken zijn bij het recyclen van materialen om wat ze hebben teruggewonnen te transformeren.

Vuile en gemengde afvalplastics zijn moeilijk te recyclen, dus het team gebruikte een draagbare pyrolyse-installatie die werd ontwikkeld in het kader van het eerdere marGnet-project om afvalplastic om te zetten in brandstof om hun verwijderingstechnologie aan te drijven. Dit past in het doel van de EU om te evolueren naar een circulaire economie, waarin bestaande producten en materialen zo lang mogelijk worden hergebruikt, als onderdeel van de Europese Green Deal en Plastics-strategie. "We willen laten zien dat je echt alles kunt proberen te recyclen, wat niet gemakkelijk is", zegt Dr. Madricardo.

Bellen gebruiken om rivieren schoon te maken

Dr. Madricardo en haar collega's ontwikkelen ook een tweede technologie die gericht is op het verwijderen van zwerfvuil dat in rivieren drijft, zodat het kan worden onderschept voordat het de zee bereikt. Een gordijn van bellen, een bellenbarrière genaamd, zal worden gecreëerd door lucht door een geperforeerde buis op de bodem van een rivier te pompen, die een opwaartse stroom produceert om zwerfvuil naar het oppervlak te leiden en uiteindelijk naar de oevers, waar het wordt verzameld .

Het systeem is getest in kanalen in Nederland en wordt momenteel getest in een rivier ten noorden van Porto in Portugal, waar het naar verwachting in juni wordt geïmplementeerd. "Het is een eenvoudig idee dat geen invloed heeft op de (boot)navigatie", zegt Dr. Madricardo. "We denken dat het ook geen negatieve invloed zal hebben op de fauna, maar we zullen dat controleren."

Hoewel nieuwe technologieën zullen helpen om zwerfvuil onder water aan te pakken, streven Dr. Madricardo en haar team ook naar het verminderen van de hoeveelheid afval die in de eerste plaats in waterlichamen terechtkomt. Het Maelstrom-project omvat daarom outreach-inspanningen, zoals georganiseerde kustopruimingscampagnes, om burgers te informeren en te betrekken bij wat ze kunnen doen om zwerfvuil op zee te beperken. "We geloven echt dat er een verandering (in de samenleving) nodig is", zei Dr. Madricardo. "Er zijn technologieën (beschikbaar), maar we moeten ook een collectieve inspanning leveren om dit probleem op te lossen."