Nachhaltige Strategien zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung
Der Great Pacific Garbage Patch ist eine riesige Ansammlung von Plastikmüll im Nordpazifik, die aufgrund von Meeresströmungen entstanden ist. Nun wird die Künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um die Erfassung und Analyse von Plastikabfällen zu verbessern. Eine weitere wichtige Frage, die genauso wichtig ist, wäre: Wie kann man den Abfall vermeiden? Welche Ansätze gibt es dafür?
KI-Lösungen für eine saubere Zukunft der Meere: Effiziente Maßnahmen gegen die Plastikverschmutzung.
Foto: PantherMedia / bennymarty
In den Ozeanen hat sich eine enorme Menge an Plastik angesammelt. Plastik bildet riesige Inseln, die an der Oberfläche schwimmen, sinkt zum Meeresgrund oder wird von Lebewesen als Mikroplastik aufgenommen. Jeder von uns hat schon an einem Strand Unmenge von Plastik gesehen und vielleicht sogar weggeräumt. Überreste von Taschen, Einwegverpackungen und Getränkeflaschen sind mittlerweile weltweit anzutreffen, von der Arktis über die Tiefsee bis zur Nord- und Ostsee. Klar ist, dass der Plastikmüll in Gewässern ein globales und dringendes Umweltproblem bleibt. Denn: Jedes Jahr landen etwa zehn Millionen Tonnen Plastikmüll in den Weltmeeren, und um diese Zahl plakativer darzustellen – das entspricht einer Lkw-Ladung pro Minute.
Der „Great Pacific Garbage Patch“ (auch bekannt als „Pacific Trash Vortex“ oder „Plastic Soup“) ist so groß, dass er sogar aus dem Weltraum sichtbar ist. Dabei handelt es sich um eine riesige Ansammlung von Plastikmüll, die sich im Nordpazifik befindet. Es ist eine Zone, in der sich große Mengen an Kunststoffteilen, Behältern und anderen Abfällen aufgrund von Meeresströmungen und Winden ansammeln. In den frühen 2020er-Jahren wurde geschätzt, dass sich dort 1,8 Billionen Plastikteilchen befinden. Diese erstrecken sich über eine Fläche, die angeblich viermal so groß ist wie Deutschland – ein ganzes Land aus Müll. Und nicht nur das: Laut Schätzungen der Vereinten Nationen treiben inzwischen bis zu 18.000 Plastikteile pro Quadratkilometer Meeresoberfläche, und das sind nur die sichtbaren. Der größte Teil des Mülls liegt auf dem Meeresboden.
KI-gestützte Sensorik gegen Müll
In Zukunft könnten Flugzeuge, die weltweit Gewässer überfliegen, nicht nur Öl- und Chemieunfälle auf See, in Küstengewässern und an Stränden aufspüren, sondern auch Plastikabfälle, die auf der Wasseroberfläche treiben. Im Rahmen des Projekts PlasticObs+ arbeitet ein Konsortium unter der Leitung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) daran, erstmals eine luftgestützte Überwachung großer, zusammenhängender Meeresgebiete zu entwickeln. Dadurch kann kontinuierlich und nicht nur punktuell Plastik in Gewässern erfasst werden. Es liegen sogar erste Ergebnisse dieses Projekts vor.
Das langfristige Ziel des Projektes besteht darin, die bereits weltweit im Einsatz befindlichen Überwachungsflugzeuge mit KI-gestützter Sensorik auszustatten und ein Messsystem zu entwickeln, das die Belastung durch Plastikmüll aus der Luft kontinuierlich erfassen kann. So könnte man damit Art, Menge, Größe des Mülls leicht identifizieren. Anhand von diesen Daten kann man nachher Maßnahmen, Gesetze und Investitionen zur Sammlung, zum Recycling und letztendlich zur Vermeidung von Kunststoffabfällen ableiten.
Der Forschungsbereich Marine Perception des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Oldenburg ist für die Entwicklung von insgesamt vier KI-Systemen verantwortlich. Die ersten beiden Systeme sollen während des Überflugs Plastikmüll erkennen und Hotspots genauer untersuchen, heißt es in der entsprechenden Pressemitteilung. Ein drittes System wird später an Land eingesetzt, um den Müll nach Art, Größe und Menge zu klassifizieren. Ein Feedback-System, das menschliche Expertise bei der Auswertung von Bildern einbezieht, soll schließlich dazu beitragen, die ersten Systeme kontinuierlich zu verbessern und deren Vorhersagen zu optimieren. Die Herausforderung bestehe dabei laut DFKI-Forschenden Mattis Wolf und Dr. Christoph Tholen, darin, dass „wir ein großes Gebiet überfliegen und der Übersichtssensor ein niedrig aufgelöstes Bild der Szene aufnimmt, dass andererseits die Auswertung innerhalb von Sekunden aber mit einer hohen Treffsicherheit erfolgen muss“.
Wie funktioniert das System?
Die Forschenden des DFKI erhalten die erforderlichen Daten für ihre KI-Systeme aus Testflügen in Norddeutschland, die von der Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth mit ihrem Forschungsflugzeug durchgeführt werden. Während dieser Flüge nimmt ein Sensor unter der Nase des Flugzeugs Überblicksbilder der Region auf. Die KI muss dann in Sekundenschnelle Müll-Hotspots erkennen, so dass ein zweiter Sensor, der sich weiter hinten unter dem Rumpf befindet, Detailaufnahmen von diesen machen kann.
Im vergangenen Jahr fand der erste Test auf der Insel Spiekeroog statt. Das Projekt-Konsortium legte auf dem Strand und in den Salzwiesen ein Versuchsfeld aus verschiedenen Plastikgegenständen aus, darunter waren schwarze PP-Kaffeedeckel, weiße und cremefarbene Lunchboxen aus PS sowie blaue und transparente Mülltüten aus LDPE. Der Müll wurde in unterschiedlich großen Ansammlungen unter Netzen fixiert, um ein Verwehen bzw. Verschmutzung zu verhindern. Mit diesem Test wollten die Forschenden u.a. klären, in welchen Höhen die Sensoren an der Drohne und dem Flugzeug Plastikmüll sicher erkennen können?
Es stellte sich bei dem Test heraus, dass sowohl die Farbe als auch die Größe der Gegenstände und der Untergrund eine wichtige Rolle spielen. Auf Gras konnten alle Plastiksorten mit hoher Genauigkeit erkannt werden, mit Ausnahme der schwarzen PP-Kaffeedeckel aus Entfernungen von über 700 Metern. Auf Sand nahm die Erkennungsgenauigkeit bei allen Plastiksorten ab 750 Metern ab, wobei LDPE-transparent und erneut PP-schwarz besonders stark betroffen waren.
Auf alternative Materialien und Recycling setzen
Doch alleine mit der Müllbeseitigung, selbst wenn es so effizient funktioniert, kann man das globale Problem nicht lösen. Schließlich werden weiter täglich viele „LKW-Ladungen“ mit Müll in den Gewässern landen.
Die Europäische Union hat bereits im Jahr 2015 einen Aktionsplan vorgestellt, der einen geschlossenen Plastikkreislauf sicherstellen sollte. Kunststoffbehälter und -teile sollten recycelt und als Rohstoff für die Herstellung neuer Behälter und Teile wiederverwendet werden. Auf diese Weise könnte die Produktion von neuem Plastik sowie die umweltschädliche Entsorgung von Plastikmüll vermieden werden.
Entwicklung einer vollständig nachhaltigen und kommerziell verwertbaren Materiallösung
Allerdings ist Europa noch weit von diesem Ziel entfernt. „Wer das Problem durchbrechen will, muss auf alternative Materialien setzen, die die sinnvollen Funktionen von Plastik übernehmen und die schädlichen Auswirkungen vermeiden“, sagt Nanda Bergstein, Chief Sustainability and Innovation Officer bei Camm Solutions. Bertsch Industries hat die Greentech-Plattform Camm Solutions ins Leben gerufen, die an der Entwicklung einer vollständig nachhaltigen und kommerziell verwertbaren Materiallösung namens „camm“ arbeitet. Das Hauptziel von Camm Solutions ist es, die weltweite (Mikro-)Plastikverschmutzung zu bekämpfen und Abfall zu vermeiden.
Daher sei das camm-Material langlebig und widerstandsfähig, wie es in der PM heißt und könne ähnlich wie Plastik für Verpackungen oder Behälter verwendet werden. Wenn es auf Papier aufgetragen wird, kann es problemlos recycelt werden: Die Verpackungen werden einfach in die Papierabfalltonne gegeben und landen im Papierrecycling. Durch Zugabe von Wasser im Auflösungsprozess zerfällt das camm-Material schnell in seine ursprünglichen Bestandteile: Sauerstoff, Kohlenstoff und Biomasse. Die übrig gebliebenen Papierfasern werden vollständig für die Herstellung von neuem Papier verwendet. „Es kann so einfach sein, wenn man sich von Plastik verabschiedet“, resümiert Bergstein.
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