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La stampa 3D per il ripristino delle barriere coralline e della biodiversità marina

Pubblicato il 10 Agosto 2023 da Nunzia A.
reef

Le barriere coralline sono tra gli ecosistemi più antichi e ricchi di specie animali e vegetali del mondo. Sono popolate da migliaia di organismi, coralli, pesci e rappresentano un vero tempio della biodiversità. Inoltre, in molte zone del mondo sono un supporto vitale per centinaia di milioni di persone in forma di cibo e indotto economico. Tutto questo è però oggi in grave pericolo a causa innanzitutto del cambiamento climatico, ma anche di minacce locali come pesca, distruzione di habitat e inquinamento. Si stima che oltre il 50% dei coralli potrebbe essere andato perso nei prossimi 30 anni e i coralli sono elencati come a “elevato rischio di estinzione” dalla Convenzione sulla diversità biologica. Negli ultimi anni la produzione additiva e le tecnologie 3D sono utilizzate da aziende, istituzioni, organismi internazionali e centri di ricerca perché fornisce una soluzione concreta a questo problema. Stampando in 3D barriere coralline artificiali o utilizzando le tecnologie di stampa 3D per la preservazione della biodiversità negli ocenani si stanno ottenendo importanti e incoraggianti risultati. Abbiamo elencato qui alcuni dei progetti più interessanti degli ultimi anni in cui le tecnologie 3D sono state impiegate per preservare la biodiversità marina.

D-Shape e il progetto per la preservazione della baia di HongKong

L’azienda italiana D-Shape è stata insignita nel 2022 del premio Design for Asia Awards per la progettazione di reef appositamente create per la baia di Hong Kong. Si è trattato del più recente sforzo ambientale dell’Autorità aeroportuale di Hong Kong per preservare l’ecosistema dell’oceano circostante. Sono stete posizionate 100 unità di barriera corallina artificiale per favorire la proliferazione di una comunità di organismi come bivalvi, spugne e alghe. Le reef, di forma toroidale e con fori di diverso diametro, sono state stampate in 3D con un materiale composto da inerti di cava e leganti cementizi e sono state posizionate sott’acqua su strutture di bamboo per essere stabilizzate. La barriera artificiale stampata in 3d potrà così essere riparo per gli organismi marini e ripristinare l’ecosistema.

Crediti foto: DFA Design for Asia Awards/D-Shape

La barriera corallina stampata in 3D più grande al mondo

Grazie alla tecnologia della stampa 3D, il Reef Design Lab in Australia ha raggiunto un importante traguardo producendo la più grande barriera corallina artificiale stampata in 3D del mondo alle Maldive. Questo risultato ha comportato la creazione di intricati reef stampati in 3D che imitano le strutture naturali della barriera corallina, che sono stati poi colati in un materiale ceramico simile al carbonato di calcio presente nelle barriere coralline reali. Queste strutture sono state immerse e popolate con coralli vivi, con l’aspettativa che favoriscano la nascita di nuova vita marina e fioriscano come barriere coralline viventi. Questa intersezione tra tecnologia e conservazione è molto promettente per la salvaguardia degli oceani e per il mantenimento della biodiversità marina, mentre continuano gli sforzi per ricostituire questi ecosistemi inestimabili per le generazioni future.

Coralli stampati in 3D per la crescita di alghe microscopiche

Alghe e coralli vivono in una collaborazione reciprocamente vantaggiosa in cui il corallo accoglie le alghe, le quali ricambiano producendo zucchero attraverso la fotosintesi per nutrire il corallo. Questa collaborazione simbiotica è fondamentale per la crescita delle barriere coralline. Riconoscendo questa interdipendenza, gli scienziati dell’Università di Cambridge e dell’Università della California San Diego hanno sperimentato la creazione di strutture coralline stampate in 3D utilizzando una tecnologia di 3D bioprinting all’avanguardia. Queste strutture coralline ingegnerizzate facilitano la coltivazione di alghe microscopiche. Utilizzando esclusivamente materiali biocompatibili, i coralli bionici sono costruiti attraverso una miscela di gel polimerici e idrogel infusi con nanomateriali di cellulosa, che imitano accuratamente la composizione dei tessuti dei coralli. La rapidità del processo di bioprinting rappresenta un vantaggio notevole, in quanto consente di produrre queste strutture in pochi minuti, garantendo al tempo stesso la vitalità delle cellule contenute.

Primo piano di microalghe su scala di 10 μm (credito fotografico: Bionic 3D printed corals/nature communications)

SECORE aiuta la riproduzione dei coralli

Boston Ceramics ed Emerging Objects hanno unito le forze con l’organizzazione di conservazione SECORE (Sexual Coral Reproduction) in un’iniziativa di collaborazione incentrata sulla comprensione dei comportamenti riproduttivi dei coralli. SECORE raccoglie uova e spermatozoi di corallo rilasciati naturalmente e li coltiva in ambienti controllati fino alla loro trasformazione in larve galleggianti. Successivamente, queste larve vengono collocate all’interno di costruzioni stampate in 3D progettate per attrarre e facilitare l’attaccamento dei coralli. Una volta fissate saldamente, queste strutture vengono posizionate strategicamente nelle zone della barriera corallina a scopo di ripristino. Le strutture sono realizzate con un materiale ceramico fornito da Boston Ceramics e il processo di stampa 3D è di Emerging Objects.

Il WWF ricorre alla stampa 3D per il ripristino degli stock di merluzzo e ostrica nel Mare del Nord

Il WWF si impegna a sostenere la biodiversità attraverso varie iniziative. Nel 2018, ad esempio, è stata istituita una partnership strategica tra l’azienda energetica danese Ørsted e il WWF Danimarca, che ha portato alla realizzazione di una barriera corallina stampata in 3D nella regione del Kattegat del Mare del Nord, situata tra Danimarca e Svezia. L’obiettivo principale era valutare il contributo delle strutture stampate in 3D alla biodiversità. L’esaurimento delle popolazioni di merluzzo stava causando interruzioni nella catena alimentare naturale, spingendo alla creazione della barriera corallina stampata in 3D per facilitare il ripristino dell’equilibrio ecologico. In Danimarca, questo è stato il primo progetto di questo tipo, sebbene il WWF avesse già un’esperienza precedente con le barriere coralline stampate in 3D. Iniziative simili erano state avviate dal WWF Olanda in collaborazione con l’azienda australiana Reef Design Lab e l’italiana D-Shape.

Seaboost salvaguarda i coralli nel sud della Francia

Dopo tre anni di sviluppo, nel 2022 è stato posizionato nel Mar Mediterraneo, nei pressi dell’isola di Brescou a Cap d’Agde, nel sud della Francia, un villaggio di scogli artificiali realizzati con la stampa 3D. Il modulo centrale, che vanta dimensioni di 6,5 metri di altezza e una superficie di 8×6 metri, è ora situato nella riserva marina a 20 metri di profondità, accompagnato da moduli secondari più piccoli. L’obiettivo primario di questa iniziativa è quello di alleviare la pressione sulle riserve naturali causata dall’ancoraggio delle barche e dalle attività subacquee, salvaguardando così gli habitat naturali dei coralli.  L’iniziativa fa parte del programma nazionale Reciflab ed è stata realizzata dal Dipartimento per l’Ambiente Marino della Città di Agde, in consultazione con i club subacquei regionali e le associazioni marittime. La supervisione del progetto è stata affidata a Seaboost Ecological Engineering in collaborazione con Centrale Marseille, mentre aziende specializzate come XtreeE e CyBe Construction hanno contribuito con la loro esperienza nella stampa 3D, utilizzando cemento 3D a basso contenuto di carbonio per realizzare le pareti.

Crediti fotografici: Seaboost, Area marina protetta Côte Agathoise

Le meduse robot stampate in 3D che tutelano l’oceano

Nella ricerca della conservazione dell’ambiente marino, stanno emergendo diversi approcci innovativi per salvaguardare gli ecosistemi marini minacciati, come le barriere coralline. Uno di questi approcci prevede la creazione di meduse robotiche stampate in 3D, chiamate Jellybots, sviluppate dall’Università della Florida Atlantic e dall’Ufficio di ricerca navale degli Stati Uniti. Questi soft robot dal design intricato imitano i movimenti delle meduse reali, consentendo loro di navigare in spazi ristretti all’interno delle barriere coralline, raccogliendo i rifiuti senza causare danni. Agendo come guardiani degli oceani, i Jellybots mirano a monitorare e proteggere questi ambienti fragili. Con tentacoli idraulici alimentati da pompe a girante, i Jellybot si muovono con grazia nell’acqua, emulando il movimento ondulatorio delle meduse. Con l’evolversi di questa tecnologia, i ricercatori aspirano a dotare queste sentinelle robotiche di sensori ambientali e algoritmi di navigazione avanzati, pronti a contribuire in modo significativo alla ricerca marina e agli sforzi di conservazione.

Crediti: Erik Engeberg

Le tegole stampate in 3D in terracotta da archiREEF

Nell’ambito dell’iniziativa di ripristino dei coralli nelle acque di Hong Kong, rientrano anche i progetti di archiREEF. Tra questi, la realizzazione di strutture esagonali in terracotta stampate in 3D che fungono da piattaforme di insediamento per i coralli. L’obiettivo non è quello di sostituire gli habitat corallini esistenti, ma piuttosto di stimolare la ricolonizzazione di questi siti da parte della specie. La scelta della terracotta deriva dalla sua composizione naturale, che riflette i principi della biomimetica. Il processo di produzione ha coinvolto un robot industriale a sei assi che ha collaborato con un estrusore di argilla, utilizzando la tecnica Direct Ink Writing (DIW).

Per progettare le tegole è stato utilizzato un algoritmo che ha facilitato l’adattabilità a diversi ambienti e organismi, in particolare mangrovie e ostriche. La produzione additiva è stata scelta dai promotori del progetto archiREEF per la sua capacità di incorporare parametri specifici del sito, favorendo la personalizzazione per varie specie di corallo a livello globale. Inoltre, consente di creare forme complesse che vanno oltre le capacità dei metodi di fusione convenzionali, oltre a essere efficace in termini di costi e di tempo. Il progetto archiREEF si concentra sulla creazione di strutture precise e su piccola scala per ospitare microrganismi altamente vulnerabili, rafforzando così la biodiversità.

Photo credit: archiREEF

Barriere coralline stampate in 3D a Dubai

Dubai, come molte città sulla costa, sta affrontando una serie di sfide dovute al cambiamento climatico, tra cui l’innalzamento del livello del mare. Per questo motivo, la città sta lavorando sempre più al ripristino dell’ambiente marino come modo per affrontare questi problemi, anche con la stampa 3D di barriere coralline artificiali nel Golfo Persico. Possiamo citare in particolare Dubai Reefs, un’iniziativa guidata da URB, che a sua volta è un attore di spicco nella promozione delle città sostenibili. Il progetto spera di migliorare gli ecosistemi costieri di Dubai anche attraverso la creazione di una barriera corallina artificiale di 200 chilometri quadrati. Questa sarà realizzata con la stampa 3D per creare forme e strutture diverse che si adattino meglio agli ambienti naturali. Il 3D bioprinting sarà utilizzato anche per sviluppare biomateriali in grado di ospitare microalghe vive.

La stampa 3D per salvare la Grande barriera corallina in Australia

La Grande Barriera Corallina è una delle sette meraviglie naturali del mondo e una delle principali destinazioni turistiche dell’Australia. Tuttavia, come altre barriere coralline in tutto il mondo, ha sofferto molto negli ultimi anni, sbiancandosi a causa dell’aumento della temperatura del mare, della pesca eccessiva e dell’inquinamento. Per questo motivo sono in corso numerosi studi per salvare questo luogo iconico, anche attraverso l’uso della stampa 3D. Un progetto specifico, finanziato dalla King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, utilizza il bioprinting per trasportare cellule vive su modelli creati in 3D al fine di rigenerare nuovi coralli vivi. In sostanza, l’équipe utilizza uno stampo in silicone realizzato con un inchiostro ecologico a base di carbonato di calcio su cui i coralli possono crescere, poiché la sua superficie è molto simile a quella dello scheletro di un corallo. Il vantaggio del progetto è che consente una crescita dei coralli molto più rapida rispetto ad altri metodi e sono in corso ulteriori ricerche per capire se in futuro la stampa 3D subacquea potrà essere utilizzata per altre applicazioni.

Crediti: Anastasia Serin, King Abdullah University of Science and Technology

Coastruction si impegna per proteggere le coste (anche in Sardegna)

La creazione di barriere artificiali è uno dei modi principali per affrontare la distruzione dei coralli in tutto il mondo, come abbiamo visto in questo elenco. Un’altra azienda che utilizza la stampa 3D e materiali sostenibili per creare barriere coralline stampate in 3D è Coastruction. Sebbene l’azienda non abbia ancora molti progetti, si differenzia per il fatto di stampare solo con materiali naturali, realizzati in una miscela di polvere secca. La testina di stampa deposita selettivamente l’acqua come attivatore del cemento risultante, consentendo la formazione di aree solide in miscela secca, con un funzionamento simile al getto di legante. L’azienda è in grado di costruire forme organiche geometricamente complesse, ispirate alla natura, per ottimizzare le nuove barriere artificiali all’ambiente locale. Il team ha già installato barriere coralline artificiali in Sardegna e alle Maldive.

Crediti: Coastruction

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