Wie kann der 3D-Druck zum Meeresschutz beitragen?

Wenn es den Meeren gut geht, geht es auch unserem Planeten gut. Doch in der heutigen Zeit sind die Ozeane mit immer größeren Herausforderungen konfrontiert: Erwärmung und Versauerung durch den Klimawandel, Plastikverschmutzung, die das Leben im Meer erstickt, Zerstörung von Lebensräumen, steigender Meeresspiegel und nicht nachhaltige Fischereipraktiken. Diese Herausforderungen untergraben gemeinsam die marinen Ökosysteme, gefährden die Arten und stören die Küstenwirtschaft, die auf gesunde Ozeane angewiesen ist. Es sind sofortige Lösungen erforderlich, um diese Auswirkungen abzumildern und unsere Meeresressourcen für künftige Generationen zu schützen.

Ganz zu schweigen von der Tatsache, dass viele dieser Probleme vom Menschen verursacht werden, zum Beispiel die Zerstörung von Lebensräumen durch Aktivitäten wie Küstenerschließung und Grundschleppnetzfischerei sowie die Dezimierung der Fischpopulationen durch Überfischung. Und das, obwohl auch der Mensch Opfer ist, denn der drohende Anstieg des Meeresspiegels, eine Folge des Klimawandels und des Abschmelzens des Polareises, ist für die Küstengemeinden ebenfalls ein großes Problem. Klar ist in jedem Fall, dass die biologische Vielfalt der Meere durch allgegenwärtige Probleme bedroht ist und die Küstengemeinden weltweit betroffen sind. Glücklicherweise entwickeln sich inmitten dieser Herausforderungen innovative Technologien wie der 3D-Druck zu nützlichen Instrumenten im Kampf für den Schutz der Meere.

Der 3D-Druck bietet einzigartige Lösungen für die Bewältigung dieser Nachhaltigkeitsprobleme im Meer. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsverfahren, bei denen oft viel Abfall anfällt, ermöglicht der 3D-Druck eine präzise und individuelle Produktion. Dies fördert das Interesse am Einsatz der additiven Fertigung sowie anderer 3D-Technologien, wie z. B. 3D-Scannen, im Kampf gegen Umweltprobleme, auch in den Ozeanen.

Indem sie sich der additiven Fertigung zuwenden, finden verschiedene Gruppen nicht nur kreative Wege, um gegen die Herausforderungen des Meeresschutzes anzukämpfen, sondern sie sind auch in der Lage, dies auf eine umweltfreundlichere Weise zu tun. Um einen tieferen Einblick in diese transformative Technologie zu erhalten, haben wir mit Experten gesprochen, die an der Spitze mehrerer dieser bahnbrechenden Projekte stehen. Ihre Berichte aus erster Hand geben Aufschluss über die Prozesse, Ziele und realen Auswirkungen des 3D-Drucks bei der Revolutionierung des Meeresschutzes.

Wiederherstellung von Korallenriffen

Korallenriffe gehören zu den artenreichsten Ökosystemen der Erde, sind jedoch zunehmend durch Klimawandel, Verschmutzung und physische Schäden bedroht. Die Integration des 3D-Drucks in die Wiederherstellung von Korallenriffen ist ein vielversprechender Ansatz, um diese Bedrohungen einzudämmen. Organisationen wie D-Shape und Archireef stehen an vorderster Front und nutzen den 3D-Druck, um künstliche Riffstrukturen zu schaffen, die die natürlichen Korallenformationen nachahmen. Diese Strukturen bieten einen wichtigen Lebensraum für Meeresorganismen und erleichtern die Ansiedlung von Korallenlarven, was die Erholung und Widerstandsfähigkeit der Riffe fördert. Dies zeigt deutlich, dass die additive Fertigung eine wichtige Rolle spielt, wenn es darum geht, die Bedrohung der Korallenriffe zu mindern, von denen seit 2001 14 % verschwunden sind.

Die Schaffung neuer Riffe ist in der Tat eine äußerst wichtige Aufgabe. Die Zerstörung eines Riffs bedeutet den Tod eines ganzen Ökosystems, was das Aussterben bestimmter Tiere zur Folge hat, mit weitreichenden Folgen für den Planeten, einschließlich Rückschlägen für die medizinische Versorgung. Die Erholung kann jedoch schwierig sein, denn die künstlichen Riffe müssen genauso ansprechend sein wie die natürlichen Versionen. Hier zeigt die additive Fertigung ihre Stärke.

Die Flexibilität und die geometrische Komplexität, die durch die additive Fertigung umsetzbar sind, machen es möglich, interessantere und dynamischere Strukturen zu schaffen, als es mit traditionellen Methoden der Fall wäre. Ganz abgesehen davon, dass die Zerstörung von Korallenriffen ein Umweltproblem darstellt, fühlen sich viele zum 3D-Druck hingezogen, da er die Schaffung von Riffen mit natürlichen Materialien wie Terrakotta mit weniger Abfall ermöglicht. Dies sind die Hauptgründe für die Einführung des 3D-Drucks in diesem Bereich.

Die Wiederherstellung von Korallenriffen mithilfe der additiven Fertigung kann aber auch anderen Zwecken dienen. Das in Miami ansässige Technologieunternehmen Kind Designs beispielsweise hat sich bei der Wiederherstellung von Korallenriffen ebenfalls dem 3D-Druck zugewandt. Das Besondere daran ist jedoch, dass das Unternehmen die Technologie innovativ einsetzt, um mehrere Umweltprobleme gleichzeitig anzugehen.

Kind Designs hat die doppelte Bedrohung durch die Küstenerosion und den Rückgang der Artenvielfalt im Meer erkannt und eine bahnbrechende Lösung entwickelt: 3D-gedruckte Living Seawalls. Im Gegensatz zu herkömmlichen Betonwänden, die die Umweltzerstörung oft noch verschlimmern, dienen die Living Seawalls von Kind Designs als robuste Barrieren gegen den steigenden Meeresspiegel und fungieren gleichzeitig als lebendige marine Ökosysteme, die Korallenriffen ähneln. Sie sind so konzipiert, dass sie natürliche Meereslebensräume wie Mangrovenwurzeln nachahmen. Außerdem bieten sie Unterschlupf und Brutstätten für verschiedene Wassertierarten und tragen so zur ökologischen Widerstandsfähigkeit bei.

Anya Freeman, Gründerin und CEO von Kind Designs, erläuterte die Vorteile dieser Wände so: „Diese Living Seawalls sind strukturell identisch mit herkömmlichen Meereswänden: gleicher PSI-Wert, gleiche Verstärkung und gleiche Installationsmethode. Durch die Materialzusammensetzung und die biomimetischen Designprinzipien fungieren diese Wände jedoch auch als Meereslebensräume. Sie haben große Höhlen, die Meereslebewesen vor Raubtieren schützen, und ihre Rauheit und Struktur sind ideal für kleinere Organismen, die sich daran festhalten und selbst bei extremen Wetterereignissen gedeihen können.“

Eine weitere Besonderheit dieser Wände ist ihre Konstruktion aus einer firmeneigenen Materialmischung, die frei von Metallen und Chlorid ist. Diese Konstruktion stellt sicher, dass keine schädlichen Chemikalien in den Ozean gelangen, ganz im Gegensatz zu herkömmlichen Meereswänden, die sich im Laufe der Zeit zersetzen, ein Umweltrisiko darstellen und zum Verlust von Lebensräumen beitragen. „Unsere Materialien wurden bereits in erfolgreichen künstlichen Riffprojekten und sogar in Trinkwasserreservoirs eingesetzt. Obwohl wir gerade erst damit begonnen haben, sie zu installieren, haben wir historische Daten über die Verwendung des Materials in anderen Meeres- und Umweltanwendungen, die viele Jahre zurückreichen,“ bestätigt Freeman.

Auch hier zeigt sich, dass der 3D-Druck nicht nur wegen seiner Umweltfreundlichkeit gewählt wurde, sondern auch wegen seiner Fähigkeit, dynamischere Strukturen zu schaffen. Eine große Stärke dieser Meereswände liegt in ihrer Form. Diese kann durch den 3D-Druck per Extrusion erreicht werden, und zwar häufig kostengünstiger als andere Methoden. Dies zeigt einmal mehr, wie wichtig der 3D-Druck für den Schutz der Meere ist.

Darüber hinaus hilft nicht nur der 3D-Druck den Korallen, sondern auch andere 3D-Technologien spielen eine wichtige Rolle. 3D-Scannen verbessert die Bemühungen zum Schutz der Meere weiter, indem sie detaillierte Einblicke in die Unterwasser-Ökosysteme ermöglicht. Der 3D-Scanner Spider von Artec 3D beispielsweise revolutioniert die Art und Weise, wie Wissenschaftler Korallenriffe untersuchen. Durch die Erstellung präziser 3D-Modelle von Korallenstrukturen können Forscher Veränderungen der Wachstumsmuster, der Morphologie und des allgemeinen Gesundheitszustands mit noch nie dagewesener Genauigkeit überwachen.

„Der hochauflösende Artec Spider nutzt die Blaulichttechnologie, um die bestmögliche Qualität der Scans zu gewährleisten. Er ist perfekt geeignet, um kleine Objekte oder komplizierte Details mit gleichbleibender Genauigkeit und brillanten Farben zu erfassen“, erklärt Sergey Sukhovey, Gründer und Chief Experience Officer von Artec 3D. Diese Fähigkeit ist von unschätzbarem Wert für die Quantifizierung der Auswirkungen von Umweltstressfaktoren wie Temperaturschwankungen und Verschmutzung auf die Widerstandsfähigkeit von Korallen.

Der nicht-invasive Scan-Ansatz des Spider minimiert die Beeinträchtigung von Meeresökosystemen, wie Sukhovey betonte, als er über Methoden wie den „Zahnstocher- und Nadelscan“ sprach. Dieser Ansatz ermöglicht ein umfassendes Scannen ganzer Korallen, ohne dass diese neu positioniert werden müssen, wodurch ihre empfindlichen Strukturen weiter geschützt werden. Letztendlich können die Forscher auf diese Weise Veränderungen im Laufe der Zeit quantifizieren, indem sie die Größe der Korallen messen, was wichtige Erkenntnisse für die nachhaltige Bewirtschaftung und den Schutz von Korallenriffen liefert.

Sukhovey merkt weiter an: „Die Fähigkeit des Spiders, diese Forschung an der Universität Gießen zu ermöglichen, ist für die Nachhaltigkeit der Ozeane von entscheidender Bedeutung, da aufgrund der unerbittlichen Umweltbelastungen wie Klimawandel, Überfischung und Verschmutzung seit den 1950er Jahren mehr als 50 % der Korallenriffe weltweit abgestorben sind. Von den verbleibenden Riffen werden möglicherweise bis zu 90 % die nächsten 100 Jahre nicht überleben. Wenn alle Korallen sterben, dann sterben auch die Fische – und Aussterben bedeutet für immer.“

Beseitigung und Recycling von Meeresmüll

Neben der Zerstörung von Riffen stellt die allgegenwärtige Präsenz von Plastikmüll in den Ozeanen eine weitere große Bedrohung für das Leben im Meer und die Ökosysteme dar. Da jährlich mehr als 16 Millionen Tonnen Plastik und andere Abfälle in die Ökosysteme der Meere gelangen, war der Schutz unserer Meere noch nie so dringend notwendig wie heute.

Glücklicherweise nehmen sich Startups wie Fishy Filaments dieses Problems an, indem sie ausrangierte Fischernetze in hochwertige Nylonfäden umwandeln und so den Kreislauf des Plastikmülls schließen und gleichzeitig nachhaltige Herstellungspraktiken unterstützen. Fischernetze, die häufig aus Nylon-Monofilamenten hergestellt werden, tragen erheblich zum weltweiten Fischfang bei und stellen aufgrund ihrer Langlebigkeit und ihrer Auswirkungen ein Umweltproblem dar.

„Die FAO der Vereinten Nationen hat den Mangel an Abfallentsorgungsinfrastrukturen als ursächlichen Faktor für die globalen Probleme im Zusammenhang mit der Entsorgung und dem Verlust von Fischernetzen ausgemacht“, erklärt Ian Falconer, Gründer von Fishy Filaments. Das Unternehmen hat dieses Problem erkannt und möchte durch die Entwicklung und den Betrieb von Kunststoffrecyclingtechnologien einen erheblichen Einfluss auf die Kohlenstoffemissionen im ganzen Land haben.

„In der Praxis bedeutet dies, dass wir nicht wirklich ein AM-Unternehmen sind. Wir sind ein Entwickler von Recycling-Infrastrukturen mit einer Technologie, die in einem hyperlokalen Maßstab arbeiten und ein bestimmtes Material herstellen kann. Dieser Maßstab passt gut zu AM, und das Material, Nylon 6, ist seit den Anfängen des 3D-Drucks Teil der Welt.“

Fishy Filaments leistet einen wichtigen Dienst, indem es das Recycling in den Häfen wirtschaftlich rentabel macht. Ihr Ziel ist es, „gutes Management von Fischereigeräten lohnend zu machen“, sodass die lokalen Gemeinden von den Recyclingbemühungen profitieren. Ihr recyceltes Nylonmaterial, OrCA, ist so konzipiert, dass es die Grenzen von kleinen und mesoskaligen Fertigungstechnologien überschreitet. Auf diese Weise reduzieren sie die Umweltauswirkungen von Kunststoffabfällen und unterstützen nachhaltige Praktiken sowohl in der traditionellen als auch in der additiven Fertigungsindustrie.

Falconer fährt fort: „Wir würden eine so genannte Scale-out-Technologie anbieten. Wir wollen die monolithischen, zentralisierten, kohlenstoffineffizienten Kunststoffrecyclinganlagen ersetzen, die nur 15-20 % der jährlich weltweit verwendeten monofilen Nylonnetze erfassen. Durch die Verlagerung des wirtschaftlichen Gleichgewichts hin zu den Fischereigemeinden soll sich das Recycling von Netzen auf der Ebene der Häfen bezahlt machen. Wenn sich ein gutes Fanggerätemanagement auszahlt, können es sich gesunde Gemeinden leisten, diese Infrastruktur zu ihrem Nutzen zu besitzen und zu betreiben.“

Mit diesem Ansatz werden nicht nur die Umweltauswirkungen von aufgegebenen, weggeworfenen oder verlorenen Fanggeräten bekämpft, sondern auch die wirtschaftliche Widerstandsfähigkeit der Küstengemeinden gefördert. „Wir sind eher eine Art Ermöglicher für andere, indem wir ihnen Zugang zu Materialien verschaffen, die sie sonst nicht selbst entwickeln oder bereitstellen könnten“, erklärt Falconer.

Anhand eines Beispiels für die Verwendung des Filaments erläutert Falconer die Zusammenarbeit mit Mutiny Shaving, einem Startup, das sich für die Reduzierung von Plastikmüll aus Einwegrasierern einsetzt. „Einwegplastik ist eine Geißel für die Meere. Wir bieten Mutiny Shaving eine Möglichkeit, das Gegenteil von ihren Mitbewerbern zu tun. Ihre Kunden können dazu beitragen, den Ozean sauber zu halten, ein Rasiermesser nach dem anderen, während ihre großen Konkurrenten eine Quelle für Meeresmüll sind“, betont Falconer.

Falconer weist auch darauf hin, dass das Unternehmen je nach Interessenlage intensiv mit Universitäten, Forschungseinrichtungen und Regierungsbehörden zusammenarbeitet, um den Schutz der Meere und Recyclingtechnologien voranzutreiben. Diese Partnerschaften tragen zu politischen Diskussionen und Innovationen bei, die nachhaltige Praktiken in der Fischereiindustrie und darüber hinaus fördern.

Mit Blick auf die Zukunft möchte Fishy Filaments seine Wirkung durch die Erweiterung seiner Recyclingtechnologien und seines Produktangebots verstärken. „Unsere Mission ist die globale Kohlenstoffreduzierung durch ressourceneffiziente Fertigung. Als eine wachsende Fertigungstechnologie ist AM ein wichtiges Kundensegment, das in einzigartiger Weise in der Lage ist, relativ einfach zwischen verschiedenen Materialien zu wechseln. Wir müssen AM-Anwender verstehen und in die Lage versetzen, umweltfreundliche Entscheidungen auf der Designebene zu treffen. Wenn wir das nicht tun, werden wir weiterhin ein viktorianisches Modell der Massenproduktion mit hohem Abfallaufkommen und schlechter Entsorgung des Endprodukts anbieten. Insgesamt wollen wir als Unternehmen positive Entscheidungen für die Meere verfügbar und sichtbar machen.“

Nachhaltige Innovationen bei Meeresfrüchten durch 3D-Druck

Die Wiederherstellung von Korallen und das Recycling sind jedoch nicht die einzigen Möglichkeiten, wie wir die Vorteile des 3D-Drucks für den Meeresschutz erkennen können. Er wird auch eingesetzt, um eines der größten Probleme in den Ozeanen anzugehen: die Überfischung.

Es wird immer deutlicher, dass die Nachfrage nach Fisch und Meeresfrüchten die Meeresressourcen belastet, was die Suche nach alternativen Proteinquellen und nachhaltigen Lebensmittelpraktiken erforderlich macht. Die Weltbank berichtet, dass über 90 % der Fischbestände überfischt sind, wobei der steigende Verbrauch die Populationen der meist gefragten Fische in den letzten Jahrzehnten auf unter 50 % reduziert hat. Die 3D-Drucktechnologie erleichtert die Innovation in diesem Bereich, indem sie die Herstellung von pflanzlichen Alternativen zu Fisch und Meeresfrüchten ermöglicht, die die Beschaffenheit und das Nährwertprofil herkömmlicher Fischprodukte nachahmen.

Unternehmen wie Revo Foods treiben die Entwicklung von Fischfilets auf pflanzlicher Basis und von Ersatzprodukten für Meeresfrüchte mithilfe des 3D-Drucks voran. Durch die Verwendung von Zutaten wie pflanzlichen Proteinen und natürlichen Aromen bieten diese Produkte den Verbrauchern nachhaltige und ethisch vertretbare Alternativen zum herkömmlichen Verzehr von Meeresfrüchten und tragen so zum Schutz der Meere bei. Die Skalierbarkeit der 3D-Drucktechnologie ermöglicht die Massenproduktion dieser Produkte, wodurch die Abhängigkeit von den Fischbeständen verringert und der Druck auf die marinen Ökosysteme gemildert wird. „Unser Ziel ist es, die Lebensmittelproduktion flexibler und nachhaltiger zu gestalten, indem wir moderne Technologien zur Lebensmittelverarbeitung entwickeln“, so das Unternehmen.

Eines der Vorzeigeprodukte von Revo Foods ist die Filet-Alternative auf pflanzlicher Basis, die hauptsächlich aus Mykoprotein hergestellt wird. Diese innovative Zutat, die als „fermentiertes Superfood“ bezeichnet wird, verfügt über ein komplettes Aminosäureprofil, das das Filet zu einer nachhaltigen und nahrhaften Proteinquelle macht. Diese Alternative verspricht eine „grüne“ Eiweißalternative, die die Textur und den Geschmack von Fischfilets nachahmt, ohne die Umwelt zu belasten. Robin Simsa, CEO von Revo Foods, hob die Vorteile des Ersatzstoffs hervor und erklärte: „Mycoprotein hat eine Verdoppelungszeit von nur fünf Stunden, es ist also wirklich ein Superprotein für eine nachhaltige Lebensmittelversorgung.“

Darüber hinaus hebt Simsa die Vorteile der 3D-Lebensmittelstrukturierung hervor, insbesondere bei der Herstellung komplexer, neuartiger Produkte mit neuen Funktionen: „Die 3D-Lebensmittelstrukturierung hat einen großen Vorteil bei komplexen, neuartigen Produkten mit neuen Funktionen. Indem wir zum Beispiel zwei verschiedene Zutaten in beliebiger Form oder Struktur kombinieren, können wir ein völlig neues Mundgefühl und eine neue Fasrigkeit erzeugen, die die Verbraucher bisher nicht gekannt haben. Das ist wirklich spannend, denn nur mit besseren Produkten können wir die Verbraucher überzeugen, diesen Produkten eine Chance zu geben.“ Dank dieser Fähigkeit kann man pflanzliche Meeresfrüchte herstellen, deren Textur und Geschmack dem von herkömmlichem Fisch sehr nahe kommt, was die Verbraucher ermutigt, sich für nachhaltige Lebensmittel zu entscheiden.

Diesen Sommer noch wollte Revo Foods mit seiner ersten Produktionsanlage die Skalierbarkeit seiner Technologie unter Beweis stellen. Das Unternehmen bereitet sich darauf vor, sein fortschrittliches Produkt, das neue Filet 2.0, kurz nach dem Sommer auf den Markt zu bringen. Außerdem sind sie nicht die Einzigen in diesem Bereich, die das enorme Potential der additiven Fertigung bei der Lösung von Problemen im Zusammenhang mit der Überfischung aufzeigen, indem sie den Kunden Alternativen anbieten.

Die Zukunft des Meeresschutzes: 3D-Druck und langfristige Strategien

Mit Blick auf die Zukunft verspricht die Integration neuer Technologien wie dem 3D-Druck in Verbindung mit verstärkten Partnerschaften in einer Vielzahl von Sektoren viel, um die Nachhaltigkeitsziele für die Ozeane voranzubringen. Die Bemühungen von Unternehmen wie Kind Designs, Artec, Fishy Filaments und Revo Foods (neben vielen anderen) zeigen das Potential des 3D-Drucks für die Bewältigung verschiedener ökologischer Herausforderungen, von der Wiederherstellung von Lebensräumen über das Recycling von Plastikmüll bis hin zur nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion. Diese Technologien bieten nicht nur unmittelbare Lösungen, sondern ebnen auch den Weg für langfristige Strategien zum Schutz der Ozeane.

Durch die weitere Entwicklung und Umsetzung dieser innovativen Lösungen kann der 3D-Druck erhebliche Fortschritte beim Schutz und bei der Wiederherstellung unserer Ozeane erzielen und so eine gesündere und widerstandsfähigere Zukunft für die Meeresökosysteme und die von ihnen abhängigen Gemeinschaften gewährleisten. In dem Maße, wie Zusammenarbeit und technologische Innovation zunehmen, wird das Potential für einen wirkungsvollen, nachhaltigen Meeresschutz immer größer.

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