Nachhaltigkeit Riesenkatamaran sammelt und verwertet Meeresplastik

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Der Riesenkatamaran Manta der Umweltschutzorganisation The Sea Cleaners hat sich hohe Ziele gesteckt und sammelt Meeresmüll nicht nur ein, sondern verwertet nicht Recycelbares direkt und nutzt die Energie für den Betrieb. Ein ausgeklügeltes System, das allerlei Herausforderungen an die Konstruktion stellte.

Jede Minute werden Studien zur Folge 17 Tonnen Plastikmüll in die Ozeane gekippt, das sind 9 bis 12 Millionen Tonnen pro Jahr. Wenn es so weiter geht, wird es laut UN bis 2050 mehr Plastik als Fisch in den Ozeanen geben. Setzt sich der aktuelle Trend fort, wird die Menge an Plastikmüll, die die Ozeane verschmutzt, bis 2040 rund 29 Millionen Tonnen pro Jahr erreichen. Das entspricht 50 kg für jeden Meter Küstenlinie auf der Welt.

Um dieser ökologische Katastrophe entgegenzuwirken, hat sich Yvan Bourgnon, Weltumsegler und Abenteurer, gemeinsam mit der von ihm gegründeten Umweltschutzorganisation The Sea Cleaners ein Entwicklungsprojekt der besonderen Art vorgenommen: eine schwimmende Recyclinganlage, die fast CO₂-neutral Plastik aus dem Ozean sammelt, an Deck sortiert und wenn möglich mittels einer Pyrolyse-Anlage in Energie umwandelt.

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Einsatz ab 2025 geplant

Der Katamaran ist das Ergebnis von 3 Jahren Forschung und Entwicklung. Für seine Entwicklung wurde ein technisches Konsortium aus 17 Industriepartnern und 5 Forschungslabors mobilisiert. Seit 2018 haben 60 Ingenieure, Techniker und Forscher mehr als 45.000 Stunden gearbeitet, um von der Vision des Manta zu seiner Realisierung zu gelangen. Kürzlich wurde der Manta in Paris vorgestellt, der Schiffsklassifizierer Bureau Veritas hat ihn auch bereits für den Bau zertifiziert. Ab 2025 soll er rund 5.000 bis 10.000 Tonnen Kunststoff an den Haupteintragsquellen von Müll in die Meere abfischen.

Wie es zur Entwicklung des Manta gekommen ist

Initiator des Konzeptes ist der französisch-schweizerische Rekordsegler Yvan Bourgnon, der 2017 der erste Segler war, der die Nordwestpassage auf einem Einhand-Sportkatamaran ohne Kabine und sonstige Hilfsmittel absolvierte. Im Alter von 8 Jahren reiste er mit seinen Eltern auf einem Boot vier Jahre lang um die Welt. Später fuhr er über die Ozeane und sah ihre zunehmende Verschmutzung mit Plastik.

Wie es heißt, war seine Weltumsegelung mit einem Einhand-Sportkatamaran in den Jahren 2013 bis 2015 ein einschneidendes Erlebnis: An vielen Orten waren aus dem einst so klaren Wasser schwimmende Müllhalden aus Plastik geworden. Zurück in Frankreich gründete Bourgnon im Jahr 2016 The Sea Cleaners, eine Umweltschutzorganisation, die sich mit Unterstützung internationaler Partner der Reinigung und dem Schutz der Meere verschrieben hat.

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Herausforderungen in der Konstruktion

Allein mit seinen Maßen stellt dieser bereits eine Herausforderung in der Konstruktion dar:

• Es musste nicht nur ausreichend Platz für ein 450 m² großes Solarmodul geschaffen werden, sondern zwischen den Rümpfen wurden Förderbänder für eine direkte Müllaufnahme aus dem Meer installiert.

• Diese leiten die Abfälle über ein System aus Förderbändern zu einer Sortiereinheit, wo Metalle und andere nicht recycelbare Stoffe aussortiert werden.

• Von dort aus werden die Plastikteile zu einer am Heck befindlichen Pelletiereinheit gebracht, wo sie zerkleinert werden. Die Hauptaufgabe bestand dann darin, im Rumpf der Manta die Pyrolyseanlage einzubetten. Diese wandelt die Pellets unter Hitze und Ausschluss von Sauerstoff in ein Synthesegas um.

• Um dies zu ermöglichen, musste eine eigene Konstruktion entwickelt werden, die an die Dimensionen des Rumpfes angepasst und trotzdem auf Leistung hin optimiert ist. Somit wurde eine Förderschnecke entwickelt, welche die Pellets durch die Anlage bewegt.

Wie der Manta Müll sammelt und verwertet

Zum Sammeln von Plastikabfällen an der Oberfläche werden drei Netze verwendet: ein zentrales und zwei seitliche Netze, die von zwei Masten auf jeder Seite des Katamarans gezogen werden. Sie verleihen dem Manta eine Spannweite von 46 Metern und ermöglichen das Sammeln in einer Tiefe von einem Meter. Zwei Kräne, die sich auf dem Hauptarbeitsdeck auf beiden Seiten des Katamarans befinden, können große Plastikteile aus dem Wasser heraus hieven. Hierbei können Taucher von einem Beiboot aus zum Einsatz kommen.

Um bei den Sammelmissionen so effizient wie möglich zu sein, arbeitet das Team mit mehreren Universitäten an Technologien und einer mathematischen Modellierung, die es ermöglicht, die Lage des Plastikanfalls zu lokalisieren und den Drift zu bestimmen.

• Ist der Abfall an Bord, wird er zur Sortieranlage gebracht, wo die Bediener ihn manuell nach seiner Art trennen. Diese aus Metall, Glas oder Aluminium werden gelagert, um an Land gebracht und in den örtlichen Entsorgungseinrichtungen recycelt zu werden. Organische Materialien, wie Holz und Algen, werden dem Wasser wieder zugeführt, wobei die Meeresfauna und -flora respektiert wird. Kunststoffabfälle werden zerkleinert und verdichtet, um ihre Energieeffizienz zu erhöhen, bevor sie der Müllverbrennungsanlage zugeführt werden.

• Das Herzstück des Katamarans, die Waste-to-Electricity Conversion Unit (WECU), wird den gesammelten Abfall in Elektrizität umwandeln und alle Anlagen an Bord mit Strom versorgen: Cockpit- und Navigationsinstrumente, Batterien, Antrieb sowie Sammel- und Sortieranlagen. Das verwendete Verfahren ist die energetische Umwandlung von Abfall, bei der der Kunststoff ohne Verbrennungsprozess geschmolzen wird und ein Synthesegas entsteht. Dieses "Syngas" wird wiederum durch eine Turbine in Strom umgewandelt.

• Die Wärme sowie alle so schädlichen Emissionen, die durch den Prozess freigesetzt werden, werden zurückgewonnen, um einen weitgehend umweltfreundlichen Prozess zu gewährleisten.

Jede Mission des Manta dauert drei Wochen. Es folgt eine Woche an Land zum Entladen der gesammelten Abfälle, die nicht in Energie umgewandelt wurden und diese dem lokalen Recycling-Kreislauf zuzuführen. Zudem wird in dieser Zeit der Katamaran gewartet.

Wie Antrieb und Stromversorgung funktionieren

Mit seinem aus der Natur abgeleiteten Design und einem Hybrid-Antriebssystem bewegt sich der „Manta“ (spanisches Wort für Rochen) weitgehend autonom. Der Katamaran bewegt sich dabei nicht allein durch den Einsatz der Segel. Die Stromversorgung erfolgt über zwei Windturbinen, zwei Wasserkraftgeneratoren und Photovoltaik-Solarpaneele. Im Detail:

• Zwei Windturbinen, die sich am Heck des Katamarans befinden, produzieren 100 kW Strom.

• Am Bug sind fast 500 m² Solarzellen installiert: Etwa zwei Drittel der Fläche sind fest montiert, das andere Drittel wird auf ausfahrbaren Tragflächen montiert sein. Diese Tragflächen geben dem Manta das Aussehen eines Mantarochens, dem der Katamaran seinen Namen verdankt. Die Solarmodule produzieren etwa 100 kWp (Kilowatt Peak) Strom

• Zwei Hydrogeneratoren (Schleppgeneratoren) erzeugen bei Segelantrieb jeweils 100 kW.

• Die Waste to Energy Recovery Unit wird 100 kW zum Energiemix beitragen.

Design folgt Ökobilanz

Um die besten Entscheidungen hinsichtlich der Konstruktion zu treffen, wurde eine Ökobilanz des Manta durchgeführt. Das Team ermittelte die Materialien, die kurz-, mittel- und langfristig umweltfreundlichsten, die langlebigsten, die am besten recycelbaren und die mit dem geringsten CO₂-Fußabdruck sind.

Zudem wurde der Manta verkleinert, um die richtige Balance zwischen den Materialien des Katamarans und deren Gewicht zu finden. So konnte der Energieverbracuh reduziert werden. Weitere Vorteile: die Menge der für den Bau des Rumpfes und der Aufbauten verwendeten Rohstoffe wurde gesenkt, da deren Gewinnung erhebliche Umweltauswirkungen hat.

Die Waste to Energy Recovery Unit wird die Umweltbelastung des gesammelten Kunststoffs um 22 Prozent reduzieren. Am Ende seiner Lebensdauer wird der Wiederverwertungsprozess die Emissionen des Manta um ca. 87 Prozent reduzieren.

Produktentwicklung

Umweltauswirkungen kennen und minimieren

Auch im Fokus: Forschung und Sensibilisierung

Neben seiner Aufgabe, durch Recycling die Meere von Plastik zu befreien, hat das Team noch viele weitere Pläne: Denn wer nur aufräumt, verkennt das wahre Problem – für nachhaltigen Umgang sensibilisieren. Daher verfügt der Manta neben einer eigenen Forschungsanlage auch über einen Bereich, welcher der Öffentlichkeit zugänglich ist. Das Ziel: Die Menschen in den Häfen über die Schäden und Folgen der Plastikverschmutzung aufklären und ein Bewusstsein für eine nachhaltige Verwertung von Plastik schaffen.

Zur 34-köpfigen Besatzung werden zudem bis zu 10 Wissenschaftler gehören, die sich in der bordeigenen Forschungseinrichtung mit der Quantifizierung, Charakterisierung und Ortung von Meeresmüll befassen und die gesammelten Daten in Open Data zur Verfügung stellen.

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