Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Dánské zařízení pro sběr odpadu z vodních toků

Článek popisuje jednoduché a relativně levné zařízení na sběr odpadu z říčního toku, které používá jen několik senzorů, řídicí počítač a robustní elektromechanické moduly, ale přesto je velmi účinné a dokáže z řeky sebrat velký podíl plastových odpadů a přitom nebrání lodnímu provozu.

 

Ze světových řek proudí do moří miliardy tun odpadu, které mají následkem pomalého rozpadu nebo hromadění plastů v rozsáhlých plovoucích smetištích, jež prozatím lidstvo dlouhodobě ignoruje, negativní vliv na složité mořské ekosystémy.

Jakmile se odpad dostane do oceánů, je nesmírně obtížné ho odstranit. To je důvod, proč dánský projekt řeší problém dříve, než odpad vstoupí do moře. Zařízení SeaProtector­One, vyvinuté firmou All In On Green, je instalováno u ústí řeky Aarhus, v místě, kde se řeka ve stejnojmenném městě vlévá do přístavu a širého moře. Zařízení sbírá odpad – různorodé předměty, např. plastové kelímky, lahve, sáčky nebo tácky – před tím, než znečistí moře. Zároveň umožňuje proplouvání člunů a dalších říčních plavidel.

Již bylo uvedeno, že zařízení s názvem SeaProtectorOne, tedy „ochránce moří číslo 1“, bylo zkonstruováno v Dánsku a je v provozu v dánském městě Aarhus. Není divu, že se koncept zrodil právě v této zemi, která z větší části leží na Jutském poloostrově a je obklopena mořem. Dánové tak od nepaměti žili ve spojení s oceánem a záviseli na něm jako na zdroji potravy a ekonomických aktivit. Chápou proto důležitost udržení mořské vody v optimální čistotě jako prostředí pro zdravou mořskou floru a faunu.

Časopis Environmental Science uvádí, že celkem 90 % plastového odpadu v mořích pochází z řek a říčních systémů. Každý rok skončí v moři 10 milionů tun odpadků. Významný podíl plastového mikroodpadu lze nalézt v tělesných orgánech mořských živočichů.

V programech udržitelnosti a ochrany životního prostředí existuje ve světě mnoho plánů zaměřených na rekultivaci přírody, kterou lidstvo od počátku průmyslové revoluce bezohledně zamořovalo nebezpečnými látkami a ostatními zplodinami průmyslu. Podle Světové banky zdravé oceány poskytují ekonomické příležitosti a potraviny, udržují ekonomický růst, regulují klima a podporují blahobyt obyvatel pobřeží. Miliardy lidí na celém světě – zejména ti nejchudší – spoléhají na zdravé oceány jako na zdroj potravy a podporu životaschopnosti místních komunit, což podtrhuje naléhavou potřebu udržitelně využívat, spravovat a chránit tento přírodní zdroj.

 

První pomoc pro mořské prostředí

Zařízení SeaProtectorOne by mohla omezit znečištění moře z řek v nejméně 70 dalších městech v Evropě, a to nejsou zmíněny tisíce dalších měst po celém světě. Tento potenciál prokázaly podrobné studie místních podmínek ve městech, které provedl tým firmy All In On Green, jež zařízení SeaProtectorOne vyvinula. Kim Gulvad Svendsen, provozní ředitel odboru komunálních služeb a životního prostředí municipality Aarhus, sdílí své pozitivní zkušenosti s tímto novým prostředkem v účelném postupu proti znečištění moře: „Po zkušební době nás překvapilo, jak efektivní zařízení bylo a kolik odpadu – zejména plastů – odstranilo. Jde o plast, který již neskončí v mořském prostředí. Zařízení tedy podporuje úsilí města Aarhus o udržitelnost, a především globální cíl udržitelného rozvoje OSN č. 14: Life Under Water.“

Instalované zařízení je pozitivně hodnoceno z mnoha hledisek. „Jakmile se odpad dostane do moře, rychle se rozptyluje a je obtížné jej shromáždit. V tom je výhoda zařízení SeaProtectorOne. Čištění říčního proudu umožňuje systematické filtrování odpadu v omezené oblasti, aniž by rušilo ryby nebo ptactvo,“ vysvětlil Peter Grřnkjćr, profesor mořské biologie na Aarhuské univerzitě.

Mads Tranders Nielsen ze společnosti All In On Green koncipoval a vyvinul zařízení SeaProtectorOne. „V ideálním světě by se každý občan kdekoliv naučil házet odpad vždy do odpadkového koše. Ale nežijeme v ideálním světě. Zařízení SeaProtector­One nyní prokázalo svou hodnotu ve městě Aarhus, jednom z nejzelenějších evropských měst. Takže se těším, až je přinesu do zbytku světa ve prospěch mořského prostředí, ryb a ptáků.“

 

Udržitelnější město

Po úspěšné roční zkoušce se město Aarhus rozhodlo pronajmout si SeaProtectorOne do února 2027. První instalace uvedeného zařízení používá jako zdroj energie solární panely. Zařízení je umístěno na okraji nábřeží před ústím řeky Aarhus do moře (obr. 1). Skládá se z nosné věže upevněné na hraně navigace, ke které je připevněno rameno lapače odpadu. Rameno lapače odpadu je vybaveno dopravním pásem a filtrovací mřížkou. Poloha ramena lapače odpadu se automaticky přizpůsobuje výšce hladiny vody a zajišťuje, že filtr je vždy ponořen ve vodě a zachycuje cizí předměty v proudu. Filtr sahá pod vodu do hloubky 30 cm, protože do této hloubky je ponořena většina odpadů unášených řekou.

SeaProtectorOne má integrované senzory, které mu umožňují automaticky vyprázdnit odpad do kontejneru na břehu, jakmile je filtr plný (obr. 2). I kdyby se filtr zcela nenaplnil, vyprazdňuje se automaticky jednou za 24 h. Během vyprazdňovacího cyklu je filtr zvednutý a běžící pás ramena lapače odpadu přenese veškerý odpad do kontejneru u paty nosné věže.

Zařízení je vybaveno termokamerami, které detekují na vodě nebo ve vodě velké předměty, např. lodě, surfaře či plavce. Po detekci takového předmětu zařízení odklopí rameno lapače odpadu směrem k navigaci, aby byl možný volný průjezd. Takové řešení je určitým kompromisem, protože během průjezdu lodí řeka proudí korytem bez sběru odpadu.

 

Technický popis zařízení a nezávislé zkoušky

Zařízení SeaProtectorOne vyvinula firma All In On Green ve spolupráci s Aarhuskou univerzitou.

Konstrukce se skládá z nosné věže, saní, výložníku s filtrační jednotkou, řídicí jednotky a nádoby na odpad. Věž a výložník s filtrační jednotkou jsou konstruovány jako modulární, aby je bylo možné přepravovat na místo instalace v kompaktním kontejneru.

Systém je schopen filtrovat říční proud až do šíře 65 m (jedno zařízení na každé straně). Filtrační jednotka se skládá z filtrační mříže a dopravního pásu. Velikost filtračních otvorů lze přizpůsobit místním podmínkám (přítomnost rybího potěru nebo sezonní podmínky).

Konstrukce zajišťuje snadnou montáž. Zařízení je standardně napájeno elektřinou z místní sítě a poháněno hydromotorem, který používá biologicky kompatibilní olej, ale vzhledem k malé spotřebě energie může být poháněno také vodní nebo větrnou turbínou, popř. ze solárních panelů s baterií.

Systém byl navržen pro provoz ve vodě a pod vodou. Snímače a kamery mají stupeň krytí IP68.

Zařízení se montuje na stávající hranu navigace nebo na vybudovaný betonový základ přizpůsobený místním požadavkům a geologickým podmínkám. Konečnou instalaci s pomocí jeřábu je možné zvládnout během jednoho dne (obr. 6). Velikost a konstrukce nádoby na odpad jsou přizpůsobené individuálním místním požadavkům a potřebám.

 

Bezpečnostní hlediska

Řídicí jednotka reaguje na následující události a posílá sběrné rameno do bezpečnostní polohy rovnoběžně s tokem v těchto situacích:

  • blížící se lodní provoz nebo plavci (termokamery),
  • rychlost větru větší než stanovená, místně určená mezní hodnota (anemometr),
  • teplota nižší nebo vyšší než stanovená, místně určená mezní hodnota (snímač teploty).

Systém je možné naprogramovat tak, aby reagoval na všechna plavidla, která se na daném toku vyskytují, tedy i na malá sportovní plavidla (kajaky, kánoe; obr. 4). Díky termokamerám je plně funkční i ve tmě.

 

Zkušební provoz

Prototyp zařízení byl nainstalován na řece Gudenĺ pod hydroelektrárnou Gudenĺcentralen (obr. 5). Říční voda je tam zbavená většiny nečistot a odpadků, takže je to vhodné místo pro plánované testy. Při nich se do vody ve vzdálenosti 10 m proti proudu nad místem instalace řízeně vhazují plastové, papírové a jiné odpadky různých rozměrů. Délka ramena filtru byla 9,5 m.

Při testech byla monitorována rychlost vodního proudu, teplota, směr a rychlost větru. Lokalita se vyznačuje relativně pomalým vodním prouděním (rychlost 0,4 až 0,6 m/s) a vítr vane většinou ze západu a jihozápadu, což je ve stejném směru jako říční proud.

SeaProtectorOne spustí cyklus vyprazdňování zachycených odpadků v předem definovaném intervalu (v závislosti na předpokládaném množství plastu ve vodě) nebo když senzory hlásí, že je filtr plný. Ve většině případů byl cyklus vyprazdňování každé 2 až 3 h.

Na základě shromážděných dat z šestiměsíčních testů byla vypočtena pravděpodobnost zachycení všech typů plovoucího odpadu v reálné situaci, která dosáhla 89 %.

Provozní charakteristiky:

  • filtrace je funkční nepřetržitě, jen s ohledem na roční dobu,
  • řídicí jednotka zajišťuje automatické vyprazdňování v požadovaném časovém intervalu nebo po naplnění filtrační jednotky,
  • zařízení je možné ovládat také manuálně z řídicího panelu.

Při vyprazdňování je filtrační jednotka zvednuta svisle nahoru a otevřou se mřížová dvířka. Dopravníkové pásy potom vykládají odpad do kontejneru.

Pro ochranu lodní dopravy je po detekci plavidla spuštěn varovný bezpečnostní signál majáku na věži a filtrační jednotce. Filtrační jednotka je zvednuta, aby se vyprázdnila, a potom se otočí o 90° kolem věže (aby byla rovnoběžně s okrajem nábřeží). Když je bezpečnostní signál ukončen, filtrační jednotka se vrátí na filtrační pozici.

Systém také sleduje hladinu řeky (popř. příliv a odliv) a průběžně se přizpůsobuje její výšce.

 

Údržba a čištění

Konstrukce je navržena tak, aby umožnila snadnou údržbu. Zařízení se skládá z konstrukčních prvků, které jsou běžně dostupné po celém světě.

 

Provozní hlediska

Jednou z vlastností zařízení SeaProtectorOne je jeho schopnost sledovat hladinu řeky. Pro zajištění optimálního sběru odpadu musí být filtr ponořený do správné hloubky. S automatickou regulací nastavení zařízení fungovalo optimálně při ponoření spodního okraje filtru do hloubky 30 cm pod hladinou.

SeaProtectorOne spoléhá na nepřetržitý tok vody. Rychlost proudění není konstantní a její rozmezí je v různých řekách různé. Rychlost proudění může být v rozpětí od 0,4 do 2 m/s. Poměrně malý průtok v místě zkušební instalace v řece Gudenĺ stačil k udržení odpadu na filtru i při silných poryvech větru. Ovšem zařízení by pravděpodobně fungovalo lépe s větším průtokem. Při nižším průtoku může být shromážděný odpad citlivější na vítr a vlny.

 

Ochrana ryb

Zařízení SeaProtectorOne je navrženo tak, aby umožňovalo rybám proplouvat. Nebyly nalezeny žádné ryby „ulovené“ filtrem. Nelze se však vyhnout tomu, že za určitých podmínek mohou být malé ryby uvězněny v odpadcích nebo se při zvedání náhodně ocitnou nad dopravním pásem.

 

Velké předměty

Popisované zařízení bude nejen sbírat makroplasty, ale proud může přinést také různé větší objekty, organické i anorganické. Sběr takového předmětu pravděpodobně ovlivní sběr dalších menších druhů odpadů. Robustní konstrukce za běžných podmínek není ovlivněna velkými předměty, např. tři osoby mohly snadno chodit po ramenu bez jakýchkoliv problémů a nadměrných průhybů v konstrukci. Konstrukce zařízení je počítána tak, aby byla schopna unést minimálně 40 kg na 1 m délky. Po šesti měsících testování nejevilo zařízení žádné známky opotřebení nebo jiných poškození.

 

Listí

Zařízení SeaProtectorOne bylo testováno s 250 l listí (velké bukové listy) vhozeného do vody s rovnoměrným rozložením během 2 min. Celých 80 % listí proniklo mřížkou. Listy, které uvízly, postupně mizely s každým vyprazdňovacím cyklem. Velikost záchytné mřížky lze přizpůsobit místním podmínkám, např. listům v zalesněných oblastech, aby se zabránilo rychlému naplnění mřížky.

 

Vliv vlnění hladiny

Zařízení musí fungovat za různých povětrnostních podmínek a s projíždějícími loděmi a čluny. To může způsobovat vlny narážející na ráhno a vytvářející rychlý lokální nárůst průtoku vody. Velké vlny procházející v opačném nebo příčném směru toku mohou odtlačit vnější kusy odpadu pryč od zařízení.

Optimální umístění by tedy mělo být takové, aby zařízení bylo chráněno před velkými vlnami.

 

Vliv větru

Bude-li zařízení v provozu ve dnech se středním až silným větrem, lze očekávat negativní dopad na zachycené odpadky. Zejména vítr proti směru proudění vody nebo boční vítr od břehu může představovat při zadržování odpadu problém. Během zkoušek se ukázalo, že poryvy (nad 10 m/s podle anemometru) ve směru proti proudění vody mohly uvolnit lehké kusy odpadu z filtru. Proti tomuto jevu je doporučeno přidání čelního štítu z průhledného plastu.

Dosáhne-li vítr rychlosti nad 12 m/s (silný vítr, stupeň 6 podle Beafortovy stupnice), SeaProtectorOne zahájí vyprazdňovací cyklus a přejde do bezpečnostní polohy. Optimální umístění instalace je s větrem přicházejícím dominantně ve směru proudění.

 

Diskuse o výsledcích zkoušek

Filtrování odpadu neseného řekou je velmi náročné z hlediska variací profilu jednotlivých řek, řešení konfliktů s lodní dopravou a potřebným uceleným řešením vyžadovaným celkovým rázem krajiny.

Během testování byly použity velikosti filtrační mřížky 20 × 60 mm a 42 × 60 mm a lze konstatovat, že od malých plastových kelímků až po velké 20l kanystry sbírá zařízení v provozním režimu téměř 100 % odpadků nesených proudem a kromě toho zachytí 60 až 75 % fóliových obalů a sáčků.

Zařízení je možné modifikovat nejen pro sběr odpadu na malých říčkách, ale s narůstajícími požadavky na sběr odpadu z velkých řek lze koncipovat vývoj systému v modulárním uspořádání pro šířku toku ve stovkách metrů.

V budoucnosti bude ale možné zvážit řešení, že by zařízení odpadky z toku řeky sbírala za každým velkým městem. K mořskému pobřeží by tak řeky snesly méně než 15 % původního odpadu. To by mohlo být efektivním řešením pro řeky v Evropskémo společenství, kde by potřebná řešení určitě našla požadovanou technickou i finanční podporu.

 

Závěr

Společnost All In On Green je dánský start-up. Její zakladatel a provozní ředitel Mads Tranders Nielsen říká: „Jsme zkušený tým, který s různými odbornými znalostmi a odbornými dovednostmi vyvíjí techniku pro snížení znečištění světových oceánů plasty. Spolupracujeme s firmami napříč průmyslovými odvětvími a důkladně naši techniku testujeme, abychom vždy našli to nejlepší a nejekologičtější řešení katastrofy znečištění, které čelíme nyní a budeme i v budoucnu.“

Pan Nielsen dodává: „Dobře míněné záměry a přání environmentalistů nevyřeší krizi, v níž se oceány nacházejí. Zde je třeba jednat. Ale to, co děláme, musí být samozřejmě dobře promyšlené. Proto investujeme do oficiálních testů SeaProtectorOne a dokumentace od nestranných odborníků a aktérů v oblasti ochrany životního prostředí a podpůrných technologií. Na naší neúnavné práci na zdokonalení SeaProtectorOne se proto podílejí také výzkumníci a další oficiální orgány a instituce. Nedávno jsme ve spolupráci s Aarhus Municipality prokázali, že jediný SeaProtectorOne za jeden rok zachytil 63 000 kusů odpadu, který by byl jinak vypuštěn do oceánu.“

 

(Popis a výsledky zkoušek jsou citovány ze závěrečné zprávy připravené společností Artlinco A/S. Fotografie jsou ze zdrojů All In On Green, APS.)

Petr V. Liška

 

Obr. 1. Zařízení SeaProtectorOne ve městě Aarhus (video: https://youtu.be/U9TbcqcCUIY)

Obr. 2. Vyprazdňování filtru zařízení

Obr. 3. Sebraný odpad v kontejneru: kromě plastů jsou to také plechovky, papírové kartony a mnoho další předmětů a rovněž větve, listí a další biologický materiál

Obr. 4. Zařízení umožňuje průjezd plavidel, včetně kánoí a kajaků (řeka Aarhus je vodáky oblíbená)

Obr. 5. Zkušební instalace zařízení SeaProtectorOne

Obr. 6. Výstavba a zkušební instalace