MIT designt umweltfreundliche Offshore-Riffe zum Küstenschutz und Meeresleben

Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA

Ein MIT-Team hofft, Küstenlinien mit „architektierten“ Riffen zu befestigen – nachhaltige, offshore Strukturen, die engineered sind, um die Wellenpuffer-Effekte natürlicher Riffe nachzuahmen, während sie auch Taschen für Fische und anderes Meeresleben zum Leben bieten. (Bild: Courtesy of Michael Triantafyllou, et al)

Ein Team am MIT hofft, Küstenlinien mit „architektierten“ Riffen zu befestigen – nachhaltige, offshore Strukturen, engineered, um die Wellenpuffer-Effekte natürlicher Riffe nachzuahmen, während sie auch Taschen für Fische und anderes Meeresleben bieten.

Das Riffdesign des Teams zentriert auf einer zylindrischen Struktur, umgeben von vier ruderruderartigen Lamellen. Die Ingenieure fanden, dass, wenn diese Struktur gegen eine Welle steht, sie die Welle effizient in turbulente Jets bricht, die letztendlich den Großteil der gesamten Wellenenergie dissipieren. Das Team hat berechnet, dass das neue Design so viel Wellenenergie reduzieren könnte wie existierende künstliche Riffe, dabei aber 10-mal weniger Material verwendet.

Die Forscher planen, jede zylindrische Struktur aus nachhaltigem Zement zu fertigen, den sie in einem „Voxel“-Muster gießen würden, das automatisch assembliert werden könnte und Taschen für Fische zum Erkunden und anderes Meeresleben zum Ansiedeln bieten würde. Die Zylinder könnten verbunden werden, um eine lange, semipermeable Mauer zu bilden, die die Ingenieure entlang einer Küste, etwa eine halbe Meile vom Ufer entfernt, errichten könnten. Basierend auf den initialen Experimenten des Teams mit Laborskaligen Prototypen könnte das architektierte Riff die Energie eingehender Wellen um mehr als 95 % reduzieren.

„Das wäre wie ein langer Wellenbrecher“, sagte Professor Michael Triantafyllou. „Wenn Wellen sechs Meter hoch auf diese Riffstruktur zukommen, wären sie letztendlich weniger als einen Meter hoch auf der anderen Seite. Also tötet das die Wirkung der Wellen, was Erosion und Überschwemmung verhindern könnte.“

Das Team suchte stattdessen nach Wegen, ein künstliches Riff zu engineerieren, das Wellenenergie effizient mit weniger Material dissipiert, während es auch einen Zufluchtsort für Fische bietet, die entlang jeder verwundbaren Küste leben.

„Denken Sie daran, natürliche Korallenriffe finden sich nur in tropischen Gewässern“, sagte Triantafyllou. „Wir können diese Riffe nicht haben, zum Beispiel in Massachusetts. Aber architektierte Riffe hängen nicht von Temperatur ab, also können sie in jedem Wasser platziert werden, um mehr Küstenbereiche zu schützen.“

Das architektierte Riffdesign des Teams wuchs aus zwei scheinbar unrelated Problemen. CBA-Forscher entwickelten ultraleichte Zellstrukturen für die Aerospace-Industrie, während Sea Grant-Forscher die Performance von Blowout-Preventern in Offshore-Ölstrukturen bewerteten – zylindrische Ventile, die verwendet werden, um Öl- und Gasbohrungen abzudichten und Lecks zu verhindern.

Die Tests des Teams zeigten, dass die zylindrische Anordnung der Struktur eine hohe Menge an Drag erzeugte. Mit anderen Worten, die Struktur erschien besonders effizient in der Dissipation von hochkraftvollen Öl- und Gasströmen. Sie fragten sich: Könnte die gleiche Anordnung eine andere Art von Strömung dissipieren, in Ozeanwellen?

„Wir nutzen diese Turbulenz und diese mächtigen Jets, um letztendlich Wellenenergie zu dissipieren“, sagte Co-Autor Jose del Auila Ferrandis.

Sobald die Forscher eine optimale wellendissipierende Struktur identifizierten, fertigten sie eine Laborskalige Version eines architektierten Riffs aus einer Reihe der zylindrischen Strukturen, die sie aus Plastik 3D-druckten. Jeder Testzylinder maß ca. einen Fuß breit und vier Fuß hoch. Sie assemblierten eine Anzahl Zylinder, jeweils ca. einen Fuß voneinander entfernt, zu einer zaunähnlichen Struktur, die sie dann in einen Wellentank am MIT senkten. Sie erzeugten dann Wellen verschiedener Höhen und maßen sie vor und nach dem Passieren durch das architektierte Riff.

„Wir sahen die Wellen substantiell reduzieren, da das Riff ihre Energie zerstörte“, sagte Triantafyllou.

Das Team hat auch untersucht, die Strukturen poröser und fischfreundlicher zu machen. Sie fanden, dass, anstatt jede Struktur aus einer massiven Plastikplatte zu machen, sie eine erschwinglichere und nachhaltigere Zementart verwenden könnten.

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