3D-Drucksubstraten zur Restaurierung von Unterwasserkorallen

Da die Zahl der 3D-Druckprojekte an Land weiterwächst, ist es auch klarer geworden, dass eine der ersten und vorteilhaftesten Anwendungen digitaler und additiver Bautechnologien darin besteht, den Meeresboden so zu rekonstruieren, sodass die Wiederbevölkerung durch Korallen und Fische begünstigt wird.

Basierend auf jahrelanger Korallenrestaurierungsforschung, unterstützt von Designern und Ingenieuren, hat das Studio Emerging Objects zusammen mit Boston Ceramics und der SECORE Organisation eine neue Generation von 3D gedruckten Siedlungssubstraten entwickelt, die die Bedürfnisse von Korallenlarven erfüllen und gleichzeitig die Anforderungen an eine effektive Riffrestaurierung erfüllen. Derzeit werden die ersten Prototypen im Feld getestet.

Die Korallenrestaurierung

Korallenrestaurierung, die sich die natürliche Fortpflanzung der Korallen zunutze macht, ist in der Anzahl der Korallenlarven nicht begrenzt. Während einer Laichaktion können Wissenschaftler und Restaurateure, je nach Standort und Art Millionen, von Korallenkeimen sammeln und bis zu 100% befruchten. Heute ist die absolute Anzahl der Korallen, die für die Wiederherstellung zur Verfügung stehen, jedoch hauptsächlich durch das Überleben der Korallensiedler in ihren zerbrechlichen frühen Lebensstadien sowie durch die Zeit begrenzt, die benötigt wird, um die gezüchteten Korallen auf das Riff zu verpflanzen.

“Eine der Möglichkeiten, wie SECORE die Kosten der Restaurierung reduzieren will, besteht darin, Substrate für Korallen zu entwerfen, die nicht manuell am Riff befestigt werden müssen, sondern gesät werden können, ähnlich wie ein Landwirt Samen auf einem Feld säen würde”, erklärt Aric Bickel, Projekt- und Werkstattleiter von SECORE. “Wir nennen diese Siedlungssubstrate ‘Säaggregate’. Die Sämaschine muss für Korallenlarven attraktiv sein und ihnen Schutz bieten, um die ansonsten sehr geringe natürliche Überlebensrate der Korallensiedler in freier Wildbahn zu erhöhen.”

In einer Pilotstudie haben die Sämaschinen der ersten Generation, die sogenannten Tetrapoden, das Potenzial des Aussaatkonzepts zur Unterstützung des Upscaling der Korallenrestauration aufgezeigt. Nach mehrjährigen Versuchen mit den Tetrapoden und anderen Substraten startete SECORE 2017 ein Projekt zur Entwicklung einer zweiten Generation von Sämaschinen. Gemeinsam mit dem langjährigen Partner The California Academy of Sciences hat sich SECORE an die Autodesk Foundation gewandt, um ihre Unterstützung für das Engineering und die Entwicklung von Prototypen für neue Sämaschinen zu gewinnen. Die Herausforderung für diese Gruppe bestand darin, alle Erkenntnisse über Form, Oberflächenbeschaffenheit, Mikrolebensraum und Material in eine Reihe von Designs zu integrieren, die schließlich in großem Maßstab produziert werden konnten.

Die Prototypen der Sämaschinen

Ein Schwerpunkt war es, eine Material- und Oberflächenstruktur zu finden, die die Konkurrenz zu den Korallen auf den Sämaschinen reduziert. Die Schwierigkeit bestand darin, das Gleichgewicht zwischen einer Textur zu finden, die attraktiv genug ist, damit sich Korallen ansiedeln können, aber dennoch glatt genug ist, um das Wachstum von Bewuchsorganismen wie z.B. Rasenalgen auf den Sämaschinen zu behindern. Der Mikrolebensraum ist ebenfalls entscheidend für den Erfolg dieser Einheiten. Es müssen geschützte Räume geschaffen werden, die Korallen vor Raubtieren und Beweidung schützen. Zusätzlich mussten die Sämaschinen eine Form haben, die es ihnen ermöglicht, sich selbst am Riff zu befestigen, indem sie in kleinen Spalten und Löchern verriegelt werden. Schließlich müssen die Substrate in großem Maßstab kostengünstig hergestellt werden können.

7 Prototypen mit unterschiedlichen Formen und Oberflächen wurden mit Hilfe von Emerging Objects, einem Designbüro der University of California, Berkeley, entwickelt. Nach der Entwicklungsphase entschied sich SECORE, alle neuen Prototypen rechtzeitig zum Feldversuch 2018 in 3D drucken zu lassen.

“Der 3D-Druck erfordert keine Formen, was die Kosten für den Prototypenbau in geringer Stückzahl erheblich reduziert und die Formen und Oberflächenstrukturen, mit denen wir experimentieren könnten, nicht einschränkt”, erklärt Bickel.

Die Sämaschinen werden von Emerging Object selbst und Boston Ceramics, einem US-amerikanischen Unternehmen das sich auf den 3D-Druck von Keramik spezialisiert hat, hergestellt.

Im Rahmen des Global Coral Restoration Project haben sich SECORE und seine Partner zum Ziel gesetzt, Methoden zur großflächigen Korallenrestaurierung zu entwickeln, darunter das Ziel, bis 2021 1 Million Sämaschinen zu plazieren.

“Mit diesem Ziel vor Augen ist Boston Ceramics eines der wenigen Unternehmen weltweit, das unsere Erwartungen an diese Geräte durch 3D-Druck erfüllen kann”, sagt Bickel.

Derzeit werden die Prototypen an die SECORE-Feldstandorte in Curaçao, den Bahamas, Mexiko und Guam zur Erprobung im Jahr 2018 ausgeliefert. Die ersten werden während des Diploria-Laichens auf Curaçao im Juni getestet.