Πλαστική ρύπανση: καθαρές θάλασσες με καινοτόμα συστήματα του ΕΛΚΕΘΕ

Της Ντίνας Καράτζιου/

Πέντε νέες καινοτόμες τεχνολογίες για την αντιμετώπιση της πλαστικής ρύπανσης προτάσσει το ΕΛΚΕΘΕ, προκρίνοντας λύσεις σε ένα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα που απασχολεί τα ευρωπαϊκά θεσμικά όργανα και την επιστημονική κοινότητα παγκοσμίως.

Επιστημονικός υπεύθυνος του προγράμματος «CLAIM» είναι ο Διευθυντής Ερευνών του ΕΛΚΕΘΕ Δρ. Γεώργιος Τριανταφύλλου . Υπό τη σκέπη του ευρωπαϊκού προγράμματος «CLAIM», που χρηματοδοτήθηκε από το Horizon 2020  και το οποίο  ολοκληρώνεται το προσεχές διάστημα (Απρίλιο 2022), 21 εταίροι από 14 χώρες της Ε.Ε, την Τυνησία και το Λίβανο με συντονιστή το Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών (Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας), προχώρησαν στη διερεύνηση νέων προηγμένων τεχνολογικών μεθόδων που αποσκοπούν τόσο στη μείωση όσο και στην πρόληψη της πλαστικής ρύπανσης στη Μεσόγειο και στη Βαλτική Θάλασσα.

Πολύμηνη έρευνα

Ο καρπός της πολύμηνης ερευνητικής προσπάθειας, στο πλαίσιο του προγράμματος «CLAIM» είναι η εξέλιξη και εντέλει η δημιουργία πέντε νέων καινοτόμων μεθόδων, μέσω των οποίων, «επιτυγχάνεται μείωση των πλαστικών με τη συλλογή, και επεξεργασία των μακροπλαστικών και την αποικοδόμηση των μικρο-πλαστικών πριν αυτά καταλήξουν στη θάλασσα»,  εξηγεί στο  ecopress ο Δρ. Γεώργιος Τριανταφυλλίδης, Project Manager αλλά και μέλος της Ομάδας Διαχείρισης & Συντονισμού του προγράμματος, ο επιστημονικός συνεργάτης του ΕΛΚΕΘΕ

Μάλιστα, οι πέντε μέθοδοι απορρύπανσης και μείωσης των μακρο & μικρο- πλαστικών, φέρουν συγκεκριμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά, τα οποία, ανοίγουν το δρόμο για ευρεία  εφαρμογή, υπό συγκεκριμένες πάντα συνθήκες και προϋποθέσεις.

«Είναι χαμηλού κόστους τόσο ενεργειακά όσο και οικονομικά», υπογραμμίζει ο κ. Τριανταφυλλίδης. Και προσθέτει: «Οι υπάρχουσες πρακτικές για τον καθαρισμό πλαστικών απορριμμάτων στη θάλασσα επικεντρώνονται κυρίως στα μακροπλαστικά με τη χρήση αυτών στην εγκαθίδρυση μιας κυκλικής οικονομίας που είναι ακόμη στα σπάργανα. Τα μικροπλαστικά ωστόσο, αποτελούν τη σοβαρότερη απειλή για τα θαλάσσια οικοσυστήματα και τις υπηρεσίες τους, χωρίς ισχυρές μεθόδους αντιμετώπισής τους με τις υφιστάμενες τεχνολογίες, καθώς βιοενσωματώνονται στην πανίδα».

Το ερευνητικό πρόγραμμα «CLAIM», ήρθε να καλύψει αυτό το κενό: «Να διερευνήσει και να ανακαλύψει νέες μεθόδους και εργαλεία για την αύξηση της γνώσης και των προβλέψεων κατανομής και διασποράς των μικρο και μακροπλαστικών στο θαλάσσιο περιβάλλον», τονίζει ο κ. Τριανταφυλλίδης.

Πέραν όμως των πέντε αυτών καινοτόμων λύσεων,  στους καρπούς της ερευνητικής έρευνας συγκαταλέγεται και η  χρήση υδροδυναμικών-οικολογικών μοντέλων με βάση τα οποία θα προσδιορίζονται οι περιοχές με τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις μακρο και μικρο πλαστικών, ούτως ώστε να δίνεται σ΄αυτές προτεραιότητα όσον αφορά στις παρεμβάσεις που μπορούν να γίνουν για τη μείωση της πλαστικής ρύπανσης.

Οι πέντε μέθοδοι για την εξάλειψη της  πλαστικής ρύπανσης

Ο επιστημονικός συνεργάτης του ΕΛΚΕΘΕ ο Δρ. Γεώργιος Τριανταφυλλίδης και  Project Manager  του προγράμματος «CLAIM», καταγράφει για το «Ecopress» τις πέντε καινοτόμους μεθόδους  που αναδείχτηκαν μέσα από το πρόγραμμα,  τα πεδία εφαρμογής της καθεμίας εξ’ αυτών, τις πιλοτικές εφαρμογές τους αλλά και τη δυναμική που δημιουργούν για την αντιμετώπιση του κεφαλαιώδους αυτού περιβαλλοντικού προβλήματος.  Πρόκειται για πέντε τεχνολογικές καινοτομίες-κλειδιά, που θα προλαμβάνουν την είσοδο των απορριμμάτων στη θάλασσα από δύο κύριες πηγές τους: τις μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και τις απορροές των ποταμών. Όπως διαφαίνεται, από την επιμέρους αναλυτική περιγραφή της κάθε μεθόδου, η δοκιμή σε πραγματικές συνθήκες βρίσκεται στον πυρήνα του κύκλου καινοτομίας του CLAIM, καθώς όλες οι νέες τεχνολογίες δοκιμάστηκαν σε περιοχές της Μεσογείου και της Βαλτικής. Παράλληλα με τις δοκιμές, η ευρεία Ευρωπαϊκή κοινοπραξία του CLAIM αναζητά και νέα μοντέλα επιχειρηματικότητας για τη βελτίωση της οικονομικής εφαρμοσιμότητας των καινοτομιών του CLAIM σε μεγαλύτερη κλίμακα.

To σύστημα CLEAN TRASH

To CLEAN TRASH είναι ένα σύστημα περισυλλογής πλαστικών και άλλων επιπλεόντων απορριμμάτων από την επιφάνεια και διεπιφάνεια υδατικών συστημάτων (εκροές ή κοίτες ποταμών, χειμάρρων,  λιμάνια κλπ), που έχει εξελίξει η Ελληνική εταιρεία New Naval, χωρίς να εμποδίζει την κυκλοφορία της πανίδας και πλωτών μέσων.

Το σύστημα «CLEAN TRASH» αποτελείται από:

1.Διάταξη πλωτών φραγμάτων που «οδηγούν» τα απορρίμματα προς ένα πλωτό σύστημα περισυλλογής απορριμμάτων.

2. Σύστημα αγκύρωσης των φραγμάτων αλλά και του συστήματος περισυλλογής.

3.Το κύριο σύστημα περισυλλογής απορριμμάτων που διαθέτει 3 αυτόνομα επίπεδα διαμερίσματα (κάδους), των οποίων η θέση προς την επιφάνεια της θάλασσας (ύψος) είναι διαχειρίσιμη  και από απόσταση (εφαρμογή κινητού).

4.Φωτισμό, κάμερες, φωτοβολταϊκό πάνελ για παροχή ενέργειας, μηχανισμό βύθισης & ανύψωσης των διαμερισμάτων.

Το σύστημα έχει ήδη δοκιμαστεί πιλοτικά στις εκβολές του Κηφισού ποταμού το 2019. Μετά από έντονη βροχόπτωση, το σύστημα συνέλεξε μέσα σε 10 ημέρες, 8 κυβικά μέτρα απορριμμάτων που στην πλειοψηφία τους ήταν πλαστικά. Το σύστημα CLEAN TRASH υιοθετεί μια μοναδική καινοτομία (που εμπνεύστηκε από τις εργασίες ναυαγιαιρεσίας) και διαθέτει συστήματα 3 ξεχωριστών διαμερισμάτων, τα οποία βυθίζονται ή ανυψώνονται όταν γεμίσει κάποιο από αυτά. Έτσι, δεν απαιτείται συχνή εκκένωση του κάδου. H διαδικασία επιτήρησης και διαχείρισης μπορεί να  γίνεται  και από απόσταση ασύρματα μέσω εφαρμογών κινητού τηλεφώνου, με βάση τους εγκατεστημένους αυτοματισμούς και τις κάμερες. Χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό ενεργών λειτουργικών συστημάτων και δοκιμασμένων λύσεων (τεχνογνωσία αποκτηθείσα από προηγούμενες εφαρμογές της εταιρείας σε περιπτώσεις καταπολέμησης πετρελαιοκηλίδων και εξοπλισμού διάσωσης και θαλάσσιας προστασίας). Όταν το χαλύβδινο σύστημα περισυλλογής γεμίσει, με τη βοήθεια γερανού, ανυψώνεται και αδειάζει μέσα σε container.

Τα απορρίμματα αυτά μπορούν να οδηγηθούν σε άλλο χώρο όπου μπορεί να γίνει διαλογή (πλαστικά, ξύλα, καλάμια κλπ) και επιπλέον επεξεργασία. Το CLAIM προτείνει να κατεργαστούν απ΄ ευθείας σε μια συσκευή πυρόλυσης.

Πυρολυτικές συσκευές

Το CLAIM με τη βοήθεια της Ιταλικής εταιρείας IRIS έχει εξελίξει δύο συσκευές θερμικής επεξεργασίας (pyrolizer) μακροπλαστικών για παραγωγή αδρανούς υπολείμματος και επαναχρησιμοποιούμενης ενέργειας, με στόχο την εγκατάσταση σε λιμάνια και σε μικρότερη έκδοση για εγκατάσταση πάνω σε μικρά σκάφη.

Ως πυρόλυση ορίζεται η αποδόμηση των οργανικών ουσιών των απορριμμάτων, απουσία (ή παρουσία ελαχίστου) οξυγόνου. Κατά τη διαδικασία της πυρόλυσης, τα απορρίμματα βρίσκονται μέσα σε ατσάλινους αγωγούς και δεν έρχονται σε άμεση επαφή με φλόγα, καθιστώντας εφικτή την παραγωγή αερίων, χωρίς την άμεση αποτέφρωσή τους. Με την  πυρόλυση σε θερμοκρασία 900 ºC απουσία O2, δημιουργείται αέριο καύσιμο (syngas) και η ενέργεια η οποία παράγεται μπορεί να αποθηκευτεί σε μπαταρία ιόντων λιθίου και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για φωτισμό του λιμανιού, παραγωγή ζεστού νερού κλπ. Το σύστημα αποτελείται από έναν αντιδραστήρα πυρολύσεως με υποβοήθηση επαγωγής και δυνατότητα επεξεργασίας 5 kg/h (με στόχο τα 30 kg/h), με ενσωματωμένη δεξαμενή συλλογής απορριμμάτων. Τα πλαστικά και τα απορρίμματα τεμαχίζονται και με ένα ταινιόδρομο οδηγούνται στον αντιδραστήρα.

Αυτοματοποιημένη συσκευή φίλτρανσης και κατακράτησης μάκρο και μικροπλαστικών σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων

Εξελίχτηκε μια σειρά πρωτοτύπων συσκευών που δοκιμάστηκαν εργαστηριακά και τελικά έγινε ανακλιμάκωση σε μια πρότυπη συσκευή που εγκαταστάθηκε στη μονάδα επεξεργασίας λυμάτων των Μεγάρων από την εταιρεία Waste & Water.  Ο τελικός σχεδιασμός αποτελείται από δύο δοχεία-φίλτρα που το πρώτο είναι ικανό να συγκρατεί μικροπλαστικά διαμέτρου 80 μικρομέτρων και το δεύτερο μπορεί να συγκρατεί μικροπλαστικά διαμέτρου 50-60 μικρομέτρων.

Αυτή η τεχνολογία μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε βιολογικούς καθαρισμούς, πριν τα λύματα καταλήξουν στη θάλασσα ή σε ποτάμια. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε μονάδες διύλισης πόσιμου νερού, καθώς πολλές μελέτες αναφέρουν την παρουσία μικροπλαστικών ακόμα και σε εμφιαλωμένο νερό (Koelmans et al., 2019). Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανίες που χρησιμοποιούν πλαστικά για συσκευασίες, όπως βιομηχανίες νωπών προϊόντων, βιομηχανίες παραγωγής πλαστικών φιαλών, βιομηχανίες παραγωγής πλαστικών κυπέλλων και εγκαταστάσεις βιομηχανικών πλυντηρίων, ως στάδιο της διαδικασίας επεξεργασίας των λυμάτων τους. Επίσης, αυτά τα φίλτρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ξενοδοχεία ή μικρούς βιολογικούς καθαρισμούς. Το σύστημα συνδέεται με φωτοκαταλυτική  συσκευή για επιπλέον αδρανοποίηση και διάσπαση των μικροπλαστικών.

Χρήση νανοτεχνολογίας για αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας επιταχύνοντας τη διαδικασία διάσπασης των μικρο-πλαστικών (φωτοκαταλυτική οξείδωση).

Η φωτοκατάλυση είναι μια διαδικασία οξειδοαναγωγής με μεσολάβηση του φωτός, που μπορεί να οξειδώσει αποτελεσματικά οργανικά είδη συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών, χρησιμοποιώντας φωτοκαταλύτες νανοράβδων οξειδίου του ψευδαργύρου.Η φωτοκαταλυτική οξείδωση οδηγεί στον σχηματισμό ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους, με αποτέλεσμα την αυξημένη ευθραυστότητα μαζί με ρυτίδες, ρωγμές και κοιλότητες στην επιφάνεια χαμηλής πυκνότητας πολυεθυλενίου (LDPE). Τα αποτελέσματα παρέχουν νέες γνώσεις σχετικά με τη χρήση μιας καθαρής τεχνολογίας για την αντιμετώπιση της παγκόσμιας μικροπλαστικής ρύπανσης.

Αυτοματοποιημένο σύστημα συλλογής δειγμάτων θαλασσινού νερού για ανίχνευση μικροπλαστικών ενσωματωμένο σε ερευνητικές υποδομές Ferrybox και πιλοτική  χρήση σε πλοία στις περιοχές της Μεσογείου

Το Ferrybox είναι ένα σύστημα ολοκληρωμένων υδρολογικών και βιογεωχημικών αισθητήρων που είναι εγκατεστημένοι σε πλοία που κάνουν σταθερές διαδρομές (όπως για παράδειγμα μεταξύ Πειραιά – Ηρακλείου, Τύνιδας-Μασσαλίας, Τύνιδας-Γένοβας και Ταλίν – Ελσίνκι) και  μετρούν και καταγράφουν διάφορες παραμέτρους (θερμοκρασία, pH, αλατότητα, χλωροφύλλη κλπ) ενώ το σκάφος βρίσκεται σε κίνηση. Σε αυτές τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις Ferrybox, το CLAIM έχει προσθέσει μια αυτοματοποιημένη συσκευή δειγματοληψίας θαλασσινού νερού για να βοηθήσει τη συλλογή δεδομένων σχετικά με τη συγκέντρωση και την κατανομή μικροπλαστικών,  καθώς και τον αντίκτυπό τους στα θαλάσσια οικοσυστήματα.

Το σύστημα έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί από το ΕΛΚΕΘΕ στην Ελλάδα, αρχικά ως ένα πρωτότυπο σύστημα φιλτραρίσματος ικανό να εξοπλιστεί με φίλτρα διαφορετικών διαμετρημάτων και αυτοματοποιημένες συσκευές ελέγχου του ρυθμού ροής και έχει δοκιμαστεί περαιτέρω σε παράκτιο σταθμό δειγματοληψίας στη Μασσαλία στην Γαλλία και στο ερευνητικό σκάφος R / V SALME στην Εσθονία ελέγχοντας το ρυθμό ροής, τις συνθήκες πίεσης και την ευκολία συλλογής δειγμάτων, με σκοπό την αξιολόγηση της λειτουργικής απόδοσης του πρωτοτύπου συστήματος σε ρεαλιστικές συνθήκες δειγματοληψίας. Το πρώτο πρωτότυπο στη συνέχεια βελτιστοποιήθηκε σε δεύτερο πρωτότυπο, χάρη στα πρώτα λειτουργικά αποτελέσματα που βαθμονομήθηκαν χρησιμοποιώντας πλαστικά σωματίδια διαφορετικών διαστάσεων και σχημάτων στις εγκαταστάσεις του ΕΛΚΕΘΕ στην Κρήτη, υποδεικνύοντας ότι ήταν πλέον έτοιμο να εγκατασταθεί στα συστήματα Ferrybox.

Τα πρωτότυπα έχουν σταλεί στην Τυνησία και την Εσθονία και ένα παρέμεινε στην Ελλάδα και εγκαταστάθηκε στο ερευνητικό σκάφος «Αιγαίο» του ΕΛΚΕΘΕ. Στην Τυνησία είναι πλέον εγκατεστημένο στο Τυνησιακό Ferry C/F Carthage της Τυνησιακής Εταιρείας Πλοήγησης CTN (Compagnie Tunisienne de Navigation) και στην Εσθονία έχει τοποθετηθεί στο ερευνητικό σκάφος R / V SALME συλλέγοντας τώρα δείγματα. Τα δείγματα θα σταλούν στο CNR στην Ιταλία και στο DTU-Aqua στη Δανία για τις μετρήσεις και αναλύσεις των μικροπλαστικών.

Χρήση υδροδυναμικών-οικολογικών μοντέλων για προσδιορισμό περιοχών μεγαλύτερης συγκέντρωσης και διερεύνηση δυνατότητας αντιμετώπισης, για υπηρεσίες οικοσυστήματος.

Οι υπηρεσίες οικοσυστήματος περιλαμβάνουν  τους κρίσιμους οικότοπους για κητώδη, Σημαντικές Περιοχές για τα Πουλιά (IBA), Εθνικές Θαλάσσιες Προστατευόμενες Περιοχές (MPAs), θαλάσσιες περιοχές Natura 2000, αλιευτικά πεδία, περιοχές υδατοκαλλιέργειας οστρακοειδών και ψαριών, περιοχές αναψυχής κλπ. Για την καλύτερη αξιολόγηση των επιπτώσεων της πλαστικής ρύπανσης στις υπηρεσίες οικοσυστήματος, υπάρχει ανάγκη να επικεντρωθούμε σε λεπτότερες χωρικές και χρονικές κλίμακες σε μελλοντικές μελέτες.

Για παράδειγμα, ένας συγκεκριμένος βιότοπος μικρής κλίμακας μπορεί να είναι σημαντικός ως χώρος διαχείμανσης ή τροφής για ένα είδος ενώ να είναι περιοχή αναπαραγωγής για ένα άλλο. Μια πιο εστιασμένη και εντοπισμένη μελέτη παρατήρησης και μοντελοποίησης σε μια συγκεκριμένη περιοχή μπορεί να δώσει πιο λεπτομερή αποτελέσματα σχετικά με τη δυναμική συγκεκριμένων ειδών και υπηρεσιών. Επιπλέον, σε μελέτη μικρής κλίμακας το μοντέλο μπορεί να αναπτυχθεί σε καλύτερη ανάλυση, η οποία είναι ζωτικής σημασίας ειδικά όταν ασχολείται με παράκτια περιβάλλοντα.

Η ερευνητική ομάδα του CLAIM