Zo wil Boyan Slat de oceanen schoonmaken

Slat wil de zogenoemde plastic soep in de oceanen aanpakken en bedacht daarvoor een installatie van lange drijvende armen die in de vorm van een V op strategische plekken in zee worden geplaatst. Via crowdfunding heeft hij al ruim 2,1 miljoen dollar opgehaald. Dat geld wordt de komende paar jaar besteed aan het testen van steeds grotere prototypes. Over drie tot vier jaar hoopt de uitvinder al ergens een apparaat op ware grootte te kunnen installeren.

Slat kwam voor het eerst met zijn idee voor The Ocean Cleanup in zijn vwo-profielwerkstuk. Hij presenteerde het later in een praatje op een conferentie. Dat praatje is inmiddels ruim 1,6 miljoen keer bekeken op YouTube. Hij stopte tijdelijk met zijn studie luchtvaart- en ruimtevaarttechniek aan de TU in Delft om zich volledig op het project te kunnen richten. Inmiddels werkt hij met een team van zo'n 100 mensen aan The Ocean Cleanup.

Verlos ons van de plasticsoep

79.000 jaar. Zo lang zouden we volgens ‘captain’ Charles Moore nodig hebben om al het plastic uit zee te vissen dat zich de afgelopen decennia heeft opgehoopt in de zogeheten Great Pacific Garbage Patch – zeg maar de ‘plasticsoep’. Moore heeft recht van spreken. Sinds hij in 1997 met zijn zeilboot Alguita vast kwam te zitten tussen de stukken plastic in de spiraalstroom tussen Japan, Hawaï en de Amerikaanse westkust, deed hij onafgebroken onderzoek naar de plasticsoep in onze oceanen.

De hoeveelheid plastic in de oceanen neemt nog altijd toe

Hoe zat dat ook weer met die plasticsoep? Elk jaar belanden enorme hoeveelheden plastic in zee. Minstens een miljoen ton drijft er intussen rond. Ongeveer tachtig procent komt van het land, de rest wordt overboord gegooid van schepen. Op vijf plaatsen in onze wereldzeeën bevinden zich reusachtige spiraalstromen, gyres geheten, die het plastic, net als het afvoerputje van een badkuip, naar elkaar doen drijven. De hoeveelheid plastic verschilt sterk naar gelang van de plaats. De hoogste concentraties zijn gemeten in de North Pacific Gyre: 13.000 tot 335.000 deeltjes per vierkante kilometer.

Charles Moore heeft iets weg van Christoffel Columbus: ook hij geldt als de Grote Ontdekker, ook al gingen anderen hem feitelijk voor. Al sinds 1971 maken zeewetenschappers zich zorgen over het plastic zwerfafval in het water. Maar het was Moore die het hardst aan de alarmbel trok. Daarna raakte het onderzoek in een stroomversnelling. We ervaren de plasticsoep niet alleen als een smet op onze samenleving, ze vormt ook een gevaar voor het zeeleven én voor de mens.

In 2011 riepen de Verenigde Naties mariene plasticvervuiling uit tot een van de hoogste milieuprioriteiten voor de komende jaren. Maar wat doe je eraan? Omdat we de productie van plasticafval maar moeilijk een halt kunnen toeroepen, neemt de hoeveelheid kunststoffen in de oceanen zelfs eerder toe dan af. Mensen als Charles Moore ijveren voor strandschoonmaakacties en andere bewustwordingscampagnes, maar de bron van het kwaad blijft bestaan. Statiegeld op plastic drankflessen? Plastic draagtasjes in de winkels verbieden? Vergeefse maatregelen. Overal ter wereld liggen de plasticproducenten dwars, en de consumenten blijven verslingerd aan plastic tasjes en flacons.

Duiktrip in Griekenland

Fraaie ideeën zijn er zeker geweest: het plastic verwijderen met schepen of onbemande drones, of zelfs met heuse kunststofeilanden. Maar geen van die plannen bleek in de praktijk succesvol. En toen, in 2011, ging een zestienjarige Nederlandse scholier duiken in Griekenland. Wat een teleurstelling: onder water zag Boyan Slat meer plastic dan vissen.

‘Overdag zwemmen zeedieren onder het gevaarte door, ‘s nachts leggen we de boel stil’

Het weekblad Vrij Nederland beschreef wat er daarna gebeurde. Slat verdiepte zich in de kwestie, en toen hij lucht- en ruimtevaarttechniek ging studeren aan de Technische Universiteit van Delft, trok hij met een studiegenoot opnieuw naar Griekenland om uit te testen of je kunststof uit zee kunt vissen zonder de dieren die ertussen zwemmen te doden. Een en ander leidde in 2012 tot een bekroond werkstuk.

Hun ontwerp bevatte echter nog altijd een sleeparm aan een schip, mogelijk schadelijk voor zeedieren. Dus perfectioneerde Slat zijn concept: als het niet helpt om netten door zee te slepen, laat de zeestromingen dan zelf het werk opknappen. Stel nu, dacht Slat, dat je een langgerekt vangnet haaks op de stroming in zee zou hangen. Zoiets als een drijfnet, maar dan kilometers breed en alleen voor plastic – vissen en andere zeeorganismen moeten kunnen ontsnappen.

Als dat net ook nog een V-vorm kreeg, zou alle rommel na verloop van tijd samenklonteren in de punt van de V-fuik. Daar zou je de boel opscheppen en ten slotte afvoeren per schip.

Internethit

Wat daarna volgde, kan zo alle handboeken Sociale Media in. Aanvankelijk reikte Boyans plan niet verder dan lezingenzaaltjes, maar één Engelstalige voordracht werd gefilmd en op Youtube gezet. Maandenlang gebeurde er niets, tot het filmpje in 2013 plots viraal ging. Slats visioen werd een internethit. Ingenieurs en computerspecialisten, maar ook gerenommeerde zeevaartbedrijven namen contact op met de Nederlandse student.

Een en ander maakte professionalisering noodzakelijk. Student Slat zei de collegezalen tijdelijk vaarwel en stichtte The Ocean Cleanup. Van zijn kamertje thuis verhuisde hij, met een handvol vrijwillige medewerkers, naar een eigen ruimte op de TU Delft. Nog geen jaar later hadden Slat en co al een vuistdik tussentijds haalbaarheidrapport klaar, dat op hun website te downloaden is.

Het concept is in allerhande modellen gegoten, niet zelden gedubbelcheckt met verschillende simulaties, onder meer door topexperts van de Duitse Universität Freiburg. Ook voerde Boyan een aantal praktijktests uit, waaronder eentje op zee bij de Azoren. Alles ging zo snel, doordat er zo veel mensen aan de studie meewerkten, vertelt Jan de Sonneville. Met het ingenieursbedrijf USG Engineering gaf hij Slats project al vroeg financiële steun en kennis. ‘We hebben intussen een Excel-bestand met pakweg duizend mensen die hun hulp aanboden. Zo kunnen we met om het even welke vraag wel ergens bij een specialist terecht.’

Volgens Slat zelf is het wel degelijk mogelijk om zijn idee naar de praktijk om te zetten. ‘We moeten weliswaar nog een aantal analyses doen, maar we hebben de beste gegevens en modellen gebruikt en bewust ruime veiligheidsmarges in onze berekeningen gestoken. Onze eindconclusie luidt dat het absoluut kan – op technisch, financieel, ecologisch én juridisch vlak.’

‘In de North Pacific Gyre, waar we ons voorlopig toe beperken, kun je in tien jaar tijd met één installatie van honderd kilometer breed circa veertig procent van het ronddrijvende plastic vangen en verwerken. Dat zal 360 miljoen euro kosten. Dat is doenbaar, want de wereldwijde schade van mariene plasticvervuiling wordt door de VN veel hoger ingeschat: zo’n tien miljard euro. Bovendien, als je het ingezamelde plastic vervolgens op het vasteland door pyrolyse (zuurstofvrije afbraak onder hoge temperatuur) weer omzet in nuttige grondstoffen, druk je niet alleen de netto kosten, de totale CO2-voetafdruk wordt dan zelfs positief.’

Robot met armen

Hoe ziet die gigantische plasticvanger er eigenlijk uit? In grote lijnen heeft de installatie iets weg van een dubbele, waanzinnig lange ophangbrug, type Golden Gate Bridge, maar dan ondersteboven. Het gevaarte moet komen te liggen op 30 graden noorderbreedte en 138 graden westerlengte: precies waar de plasticconcentratie van de North Pacific Gyre haar maximum bereikt. Een centraal verzamelstation drijft op het zeeoppervlak en werkt met scheppen en zeefachtige lopende banden om het plastic in het station te krijgen. Daar wordt de zoute drab ontwaterd en versnipperd. Zonnepanelen zorgen voor de nodige energie.

De robot heeft twee reusachtige drijvende armen van vijftig kilometer lang. Die zijn samengsteld uit een kralensnoer van opblaasbare kunststof drijfelementen. Vergelijkbaar met de baanmarkeringen in een wedstrijdzwembad. Rond elke arm zit een mouw gedrapeerd: een langgerekte lap, waarvan de beide flappen onder de arm aan elkaar zijn genaaid. De rest van de stof hangt drie meter diep als een sluier in het water.

Die flap moet strak gespannen blijven. Hoe voorkom je dat de constructie niet vervormt of wegdrijft op de golfstroom? Met gewichten, kabels en ankers, zegt De Sonneville. Maar die elementen zitten niet rechtstreeks aan de flap bevestigd. Onder de flap, pakweg vijftig meter diep, loopt namelijk een horizontale staalkabel, die om de zestig meter met (eveneens staal)kabels is opgehangen aan de smalle mouw.

Daarenboven loopt er om de vier kilometer een ankerkabel naar de zeebodem. Elke ankerkabel zit met drie ankers vast in de zeebodem, die daar twee tot vier kilometer diep is. Boyan Slat: ‘Dit ontwerp lijkt vooralsnog de optimale constructie. Krachtig genoeg verankerd, verticaal gepositioneerd om zoveel mogelijk plastic op te vangen en aan de bovenkant juist zo flexibel dat de armen voldoende kunnen meedraaien met de plaatselijke golfslag, zelfs als het stormt.’

Primeur

Verankering op zo’n grote diepte is een primeur. Zelfs in de offshore olie- en gaswinning is het nooit eerder vertoond. Stalen kabels zijn een bewezen technologie, zeggen Slat en De Sonneville, maar erg zwaar. Daarom viel de keuze op een mix van kunststof en staal. Verankeringsbedrijven geven aan dat ze de constructie technisch mogelijk achten. Ook offshore oliebedrijven kijken met veel belangstelling naar de uitwerking van het concept.

Misschien nog uitdagender, zowel op waterbouwkundig als op ecologisch vlak, is de zoektocht naar de juiste vorm en diepte voor de ‘mouw’. Want als het zeewater – en dus ook de meegevoerde plasticresten én organismen – tegen die hindernis aan botst, zal het zich een weg naar beneden banen, op zoek naar het pad van de minste weerstand.

Maar hoe zorg je dat de plasticresten wel, maar de zeediertjes niet vast komen te zitten in die constructie? Slat: ‘Het grootste deel van de kunststof bestaat uit ‘snippers’ van minstens drie millimeter doorsnee, en uit lichtere soorten, zoals polyetheen. Maar dan loert een van onze beperkingen om de hoek: microplastics en zwaardere plasticsoorten zoals nylon krijgen we met de lichte kunststof niet te pakken.’

De levende organismen op hun beurt bevinden zich overdag iets dieper in zee dan ’s nachts. Ze zwemmen dus onder het gevaarte door. ‘Mede daarom willen we het station ’s nachts stilleggen’, aldus Slat. ‘Als we de robot lieten doorwerken, zouden we enorm veel bijvangst veroorzaken en dus ecologische schade berokkenen.’

Een deel van de constructie werd al op zee uitgetest. ‘Tijdens een proef bij de Azoren, met een veertig meter lang model, vingen we alvast het verwachte percentage plasticdeeltjes. En aan de achterzijde van de constructie maten we even veel organismen als aan de voorzijde, wat betekent dat er amper sprake is van bijvangst.’

Hiaten dichten

Maar niet alleen de techniek en de ecologische situatie bepalen of een dergelijk project haalbaar is. Wat bijvoorbeeld te denken van het feit dat er over dit soort activiteiten in internationale wateren eigenlijk geen eenduidige wetgeving of rechtspraak bestaat. Ook is het onduidelijk wie de rechtmatige eigenaar is van het opgeviste ‘tweedehands’ plastic. The Ocean Cleanup zag zich genoodzaakt een uitgebreid eigen voorstel te ontwikkelen voor zo’n juridisch kader.

Al is het rapport van The Ocean Cleanup veelomvattend, er moeten inderdaad nog kennishiaten worden gedicht. Hoe is de toestand van de zeebodem op de plaatsen waar de ankers worden neergelaten? En wat zouden de gevolgen van een zeebeving of een superstorm zijn? Ook bleken de huidige windsimulatiemodellen nog niet honderd procent accuraat en moet de sterkte van de golven nog live worden opgemeten, om de gebruikte golfsimulatiemodellen te perfectioneren.

Slat wil voorts nog kennis opdoen over de gevolgen van algenaangroei – biofouling in het Engels. En bij de berekening van de ecologische voetafdruk van het systeem ontbreken nog de energiecijfers over de aanleg van de hele constructie.

Fundamenteler zijn de vragen over de toepasbaarheid. Boyan Slat draait er niet om heen. ‘We hebben ons beperkt tot de North Pacific Gyre, omdat de plasticconcentratie daar veruit het hoogste is. Verder is de oceaan er relatief ondiep en komen orkanen en superstormen er minder vaak voor dan bijvoorbeeld rond de Sargassozee (een regio in het noorden van de Atlantische Oceaan, red.).’

Waar het op neer komt, beklemtoont The Ocean Cleanup, is dat de werkelijke oplossing ligt bij het dichtdraaien van de plasticafval-bron. En wat met de sceptici die roepen dat het dweilen is met de kraan open? Slat: ‘Tegen die mensen zeg ik: Dat klopt. Voorlopig. Maar nu hebben we tenminste een handige dweil.’

Vijf hotspots van plasticsoep

Twee van de spiraalstromen of gyres waarin zich plastic zeeafval ophoopt, liggen in het noordelijke halfrond: de North Pacific Gyre (01), waar ‘ontdekker’ Charles Moore destijds belandde, en de North Atlantic Gyre (05) in de Sargassozee, voor de kust van Florida. Ook in de zuidelijke Stille Oceaan(04) en de zuidelijke Atlantische Oceaan (03) draait een gyre rond. De vijfde bevindt zich in de Indische Oceaan, tussen Afrika en India (02). Hoeveel plastic ligt er precies in zee? Niemand die het weet. Toen de noodkreet van kapitein Charles Moore in 2008 eindelijk internationaal gehoor vond, schommelden de schattingen tussen vijftien en vijftig miljoen ton. Het resultaat van een beperkt aantal staalanalyses. Intussen is veel meer onderzoek gedaan. De Amerikaanse milieuorganisatie 5 Gyres Foundation komt heel wat lager uit: 0,5 tot 1 miljoen ton voor alle gyres samen. Maar behalve de gyres zijn er nog tal van uithoeken waar het plastic zich opstapelt. Bovendien rekende 5 Gyres alleen losdrijvend plastic mee, dus niet de troep die al naar de zeebodem gezakt is, of is opgeslorpt door zeedieren.

Dit is een update van een uitgebreid artikel dat eerder verscheen in Eos magazine (nummer 9, 2014)