MIT entwirft umweltfreundliche Offshore-Riffe zum Schutz von Küsten und Meereslebewesen

Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Ein MIT-Team hofft, Küstenlinien mit „architektonischen“ Riffen zu befestigen – nachhaltige Offshore-Strukturen, die so konstruiert sind, dass sie die wellenpuffernde Wirkung natürlicher Riffe nachahmen und gleichzeitig Fischen und anderen Meereslebewesen Lebensraum bieten. (Bild:Mit freundlicher Genehmigung von Michael Triantafyllou et al.)

Ein Team am MIT hofft, Küstenlinien mit „architektonischen“ Riffen zu befestigen – nachhaltige Offshore-Strukturen, die so konstruiert sind, dass sie die wellenpuffernde Wirkung natürlicher Riffe nachahmen und gleichzeitig Fischen und anderen Meereslebewesen Rückzugsräume bieten.

Das Riffdesign des Teams basiert auf einer zylindrischen Struktur, die von vier ruderähnlichen Lamellen umgeben ist. Die Ingenieure fanden heraus, dass diese Struktur, wenn sie sich einer Welle widersetzt, die Welle effizient in turbulente Strahlen aufteilt, die letztendlich den größten Teil der Gesamtenergie der Welle zerstreuen. Das Team hat berechnet, dass das neue Design genauso viel Wellenenergie reduzieren könnte wie bestehende künstliche Riffe und dabei zehnmal weniger Material verbraucht.

Die Forscher planen, jede zylindrische Struktur aus nachhaltigem Zement herzustellen, den sie in einem Muster aus „Voxeln“ formen würden, die automatisch zusammengesetzt werden könnten und Taschen für Fische zum Erkunden und für andere Meereslebewesen bieten würden, in denen sie sich niederlassen könnten. Die Zylinder könnten zu einer langen, semipermeablen Wand verbunden werden, die die Ingenieure entlang einer Küste etwa eine halbe Meile vom Ufer entfernt errichten könnten. Basierend auf den ersten Experimenten des Teams mit Prototypen im Labormaßstab könnte das architektonisch gestaltete Riff die Energie einfallender Wellen um mehr als 95 Prozent reduzieren.

„Das wäre wie ein langer Wellenbrecher“, sagte Professor Michael Triantafyllou. „Wenn die Wellen sechs Meter hoch auf diese Riffstruktur zukommen, wären sie auf der anderen Seite letztendlich weniger als einen Meter hoch. Dadurch wird der Einfluss der Wellen abgeschwächt, was Erosion und Überschwemmungen verhindern könnte.“

Stattdessen suchte das Team nach Möglichkeiten, ein künstliches Riff zu konstruieren, das die Wellenenergie mit weniger Material effizient ableitet und gleichzeitig den Fischen, die an gefährdeten Küsten leben, einen Zufluchtsort bietet.

„Denken Sie daran, dass natürliche Korallenriffe nur in tropischen Gewässern zu finden sind“, sagte Triantafyllou. „Wir können diese Riffe beispielsweise nicht in Massachusetts haben. Aber architektonisch gestaltete Riffe sind nicht von der Temperatur abhängig, sodass sie in jedem Gewässer platziert werden können, um mehr Küstengebiete zu schützen.“

Das vom Team entworfene Riffdesign entstand aus zwei scheinbar unabhängigen Problemen. CBA-Forscher entwickelten ultraleichte Zellstrukturen für die Luft- und Raumfahrtindustrie, während Sea Grant-Forscher die Leistung von Blowout-Preventern in Offshore-Ölstrukturen bewerteten – zylindrische Ventile, die dazu dienen, Öl- und Gasquellen abzudichten und ein Auslaufen zu verhindern.

Die Tests des Teams zeigten, dass die zylindrische Anordnung der Struktur einen hohen Widerstand erzeugte. Mit anderen Worten:Die Struktur schien besonders effizient bei der Ableitung von Öl- und Gasströmen mit hoher Kraft zu sein. Sie fragten sich:Könnte dieselbe Anordnung eine andere Art von Strömung zerstreuen, nämlich Meereswellen?

„Wir nutzen diese Turbulenzen und diese leistungsstarken Jets, um letztendlich Wellenenergie zu zerstreuen“, sagte Co-Autor Jose del Auila Ferrandis.

Nachdem die Forscher eine optimale wellenableitende Struktur identifiziert hatten, fertigten sie eine Laborversion eines architektonischen Riffs aus einer Reihe zylindrischer Strukturen, die sie aus Kunststoff in 3D druckten. Jeder Testzylinder war etwa 30 cm breit und 1,20 m hoch. Sie setzten eine Reihe von Zylindern zusammen, die jeweils etwa einen Fuß voneinander entfernt waren, um eine zaunartige Struktur zu bilden, die sie dann in einen Wellentank am MIT senkten. Anschließend erzeugten sie Wellen unterschiedlicher Höhe und maßen diese vor und nach dem Durchqueren des architektonisch gestalteten Riffs.

„Wir sahen, wie die Wellen erheblich zurückgingen, da das Riff ihre Energie zerstörte“, sagte Triantafyllou.

Das Team hat auch versucht, die Strukturen poröser und fischfreundlicher zu machen. Sie fanden heraus, dass sie, anstatt jede Struktur aus einer massiven Kunststoffplatte herzustellen, einen günstigeren und nachhaltigeren Zementtyp verwenden könnten.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Abby Abazorius unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.; 617-253-2709.