De plasticvervuiling in zeeën en oceanen is een welbekend probleem. Hetzelfde geldt voor de oorzaak van dit mondiale milieuprobleem: dat is namelijk ons overmatige verbruik van plastic, dat bijna overal in verwerkt zit. Veel minder is echter geweten over de precieze verspreiding, de soorten, de hoeveelheden en de specifieke bronnen van al dat ‘marien’ plasticafval. VITO helpt die informatiekloof mee te dichten, onder meer door vanuit de lucht en de ruimte maar ook vanop bruggen en oevers het afval te monitoren.
De monitoring van marien plasticafval gebeurt vandaag nog grotendeels door lokale staalnames, bijvoorbeeld door vanop schepen netten uit te gooien en te zien wat er allemaal mee naar boven komt. Of door bij planten en dieren in zee (of bij zeevogels) te kijken hoeveel en welke plastics er in de voedselketen terecht zijn gekomen.
Met remote sensing, met beelden van camera’s in satellieten, vliegtuigen of drones maar ook in vaartuigen of boeien of in toestellen op het land, kan die monitoring naar een hoger niveau worden gebracht. Daarbij kan niet alleen een inschatting worden gemaakt van de bulkhoeveelheden marien plasticafval, maar kunnen bijvoorbeeld ook de soorten plastics worden herkend. ‘Dit kan dankzij spectrale analyse, waarbij we plastics in verschillende delen van het zonlichtspectrum onderzoeken’, zegt Els Knaeps van VITO. ‘In het infrarood vertonen verschillende plasticsoorten bijvoorbeeld een unieke vingerafdruk die we met onze spectrometers kunnen detecteren.’ Deze technologie wordt al toegepast bij de plasticrecyclage (op het land), waarbij camera’s en sensoren helpen bij de sortering van plasticafval. Maar daarbij is de afstand tot de plastics doorgaans klein en zit er geen (zee)water tussen of op. ‘Bij plastics die drijven op het water of lichtjes ondergedompeld zijn, is het moeilijker om de verschillende soorten via spectraalanalyse te herkennen.’
Uitverkoren technieken, met AI
Hoe moeilijk precies, en wat daaraan kan gedaan worden, dat heeft VITO onderzocht in het HYPER-project. Daarin werden met experimenten spectrale gegevens verzameld van een hele resem plasticsoorten, zowel van nieuwe (‘virgin’) als verweerde plastics en dit in verschillende omstandigheden: droog, vochtig, ondergedompeld, bedekt met algen ... Al die gegevens werden verzameld in een unieke database die door VITO publiek toegankelijk werd gemaakt.
De experimenten vonden plaats in een grote watertank in het Waterkundig Laboratorium in Antwerpen. Die werd volgehangen met camera’s en sensors om de invloed van verschillende parameters (de troebelheid van het water, de lichtsterkte in de tank, de soorten plasticafval maar ook de diepte waarop het in het water zweeft) te onderzoeken. Het onderzoek kaderde in het Europese Horizon 2020-programma ATTRACT. Knaeps: ‘Met de resultaten van deze experimenten in een gecontroleerde omgeving willen we binnenkort de beste camera- en sensortechnieken selecteren voor de detectie van marien (macro)plasticafval.’ De uitverkoren technieken zullen wellicht ook een snuifje artificiële intelligentie (AI) bevatten, zodat de detectie en herkenning van het plasticafval zelfstandig kan gebeuren en er straks eventueel grote wateroppervlaktes mee kunnen worden gemonitord.
Die monitoring zal overigens niet enkel boven volle zee gebeuren. ‘Het grootste deel van het plasticafval belandt in zee via rivieren’, zegt Knaeps. ‘Door bijvoorbeeld camera’s op bruggen te plaatsen kunnen we het afval tijdig spotten, waardoor het zelfs nog kan worden verwijderd. Eens in zee is dat natuurlijk veel moeilijker.’ Het plasticafval kan bijvoorbeeld worden onderschept door een onbemande rivierdrone die het op basis van de data-analyse van de camerabeelden lokaliseert en opdiept. Met andere remote-sensing technieken zoals drones kunnen dan weer brede stukken rivier worden gemonitord, bijvoorbeeld in Zuidoost-Azië waar veel plasticafval de oceaan instroomt via de grotere rivieren.
In Vietnam werkt VITO sinds september 2020 mee aan het AIDMAP-project. Daarin wordt geëxperimenteerd met drones om marien plasticafval te detecteren, te herkennen en te kwantificeren – dit onder meer met AI-technieken zoals deep learning. Het project wordt ondersteund door het Europese ruimtevaartagentschap ESA, want de dronebeelden kunnen ook dienen als controle-instrument voor hoge-resolutiebeelden gemaakt met satellieten.
Democases in de Schelde
De slimme verwerking van remote-sensingdata staat weliswaar nog in de kinderschoenen, er moeten dan ook nog heel wat stappen gezet worden vooraleer ze kan worden uitgerold in volwaardige toepassingen. Die toepassingen zullen op maat worden ontwikkeld van de specifieke situatie en problematiek. In de Schelde bij Antwerpen kan het bijvoorbeeld interessant zijn om automatisch afval groter dan pakweg 20 centimeter op te sporen, aangezien dit de scheepvaart kan hinderen. Daarnaast willen ook steeds meer bedrijven die mee aan de bron staan van de plasticafvalstroom (bijvoorbeeld doordat ze verpakkingsmaterialen produceren) weten of en in welke mate hún plastics opduiken in rivieren en in zee.
Maar bedrijven slaan ook de handen in elkaar om de plasticvervuiling te tackelen, al moet daarvoor eerst nog wel veel meer geweten zijn over de instroom van plasticafval vanuit rivieren naar zee. Die is immers bijzonder complex: plastic beweegt anders volgens de grootte, de vorm, de samenstelling, de staat van verwering, het feit of er algen op groeien, de temperatuur van het water, het zoutgehalte en de diepte. Wie het probleem wil aanpakken moet dus rekening houden met al die factoren. Dat is precies de inzet van het PLUXIN-project, een samenwerking tussen kennisinstellingen zoals het Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ), dat het project leidt, en 13 bedrijven uit de zogeheten Blauwe Cluster. Bij de bedrijven zitten grote spelers als Colruyt Group, die bijvoorbeeld onderzoek doet naar aquacultuur op de Noordzee, maar ook kleine innovatieve bedrijfjes zoals het Leuvense Xenics, dat infraroodcamera’s ontwikkelt en verbetert voor de detectie van plasticafval.
Binnen PLUXIN is VITO mee verantwoordelijk voor het projectgedeelte rond remote sensing, waarin technologie wordt uitgetest in enkele democases, onder meer in het Scheldebekken. De samenwerking met bedrijven, vaak uit heel diverse sectoren, is belangrijk. ‘We leren zo van elkaar wat de mogelijkheden van de technologie zijn, en hoe we elkaar kunnen ondersteunen in de keuze van de juiste technieken en in de toepassing ervan’, aldus Knaeps.
Dat de VITO-unit Remote Sensing de laatste jaren zo betrokken is geraakt bij projecten om de plasticvervuiling te helpen bestrijden, is een gevolg van de rijke ervaring en brede expertise op het vlak van de monitoring van waterkwaliteit, waarbij typisch data uit verschillende bronnen wordt gecombineerd. Daarbij wordt de data ook op verschillende manieren verwerkt, zoals in het MAPEO Water-platform dat momenteel ook ingezet wordt om (met vaste camera’s en drones) plasticvervuiling in rivieren en kustgebieden in kaart te brengen.
Ook andere VITO-units zijn nauw betrokken bij de plasticproblematiek. De unit Duurzame Materialen bekijkt hoe meer plastics beter kunnen worden gerecycleerd of hergebruikt. En de unit Duurzame Chemie onderzoekt onder meer hoe microscopische plasticpartikels (microplastics) in water vlotter kunnen worden opgespoord. En dan zijn er natuurlijk nog de mogelijke schadelijke effecten van macro- en (vooral) microplastics op de menselijke gezondheid en op het leefmilieu. Daarover buigen zich de onderzoekers van de VITO unit Health.
Meer info
els.knaeps@vito.be
Afbeelding: VIETNAM VIGAC
