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ognianno più di 8 milioni di tonnellate di plastica si riversano nelmare: arrivano dai fiumi, dalle spiagge o dalle attività di pesca.
Gliagenti atmosferici degradano e riducono la plastica in unamoltitudine di frammenti che viene mangiata dalla fauna marina edentra così nella nostra catena alimentare.
Lamaggior parte della plastica galleggia e viene trasportata dallecorrenti e dai venti verso 5 zone di accumulo principali. Abbiamogenerato una mappa delle correnti marine utilizzando i dataset dellaNASA e l’abbiamo confrontata con la deriva di oggetti simili arifiuti, rilasciati per studiarne il movimento.
Laplastica si accumula nelle zone con minor corrente e incorrispondenza delle regioni più inquinanti.
Unadelle principali aree di accumulo è quella tra la California e leHawaii, dove si concentrano i rifiuti provenienti dall’asia,dall’america e dalla pesca nel pacifico.
Sistima che qui siano presenti circa 79 kilo tonnellate di plasticadistribuite su una vasta regione, con una densità compresa tra i 10– 100 kg al km^2.
Oltrea ridurre il consumo di plastica e prevenirne la dispersione in mareè necessario raccogliere quella già presente :
RENDER
Abbiamopensato ad un trimarano: un’imbarcazione a 3 scafi, connessi da unastruttura ondulata,nel nostro caso lungo 25m e largo 13. E’progettato in modo tale da essere autonomo, così da risparmiaresulle spese fisse e sui sistemi di bordo.
Éalimentato al 100% da energie rinnovabili : abbiamo circa 200m^2 dipannelli solari che forniscono 30KW e una turbina eolica di un metroe mezzo di diametro che produce 850W.
Abordo è previsto un set di batterie agli ioni di litio da 48kW/hdimensionata in modo da garantire l’attività notturna a regime.
Questoimpianto energetico ci consente di avere energia a sufficienza pernavigare e alimentare le varie utenze di bordo.
Traqueste la principale è quella dedicata alla raccolta della plastica:
ilsistema è costituito da due reti poste tra gli scafi del trimarano,(con sezione a C), che si immergono fino a 0.5m di profondità . Lamaglia della rete è larga 1mm: questo ci consente di raccogliereanche la maggior parte delle microplastiche.
Ogni4 ore le reti vengono sollevate tramite tiranti fissati allacopertura e rovesciano i rifiuti (che vengono raccolti) su un nastro.E’ prevista anche una struttura che impedisce alla plastica diricadere nel mare. Il nastro trasporta la plastica all’internodello scafo centrale, dove viene immagazzinata fino alla fase discarico, quando verrà estratta da poppa.
Unamissione tipo è divisa in 3 fasi :
- il raggiungimentodell’area di raccolta necessita di 4-5 giorni di navigazione,durante i quali le reti vengono sollevate in modo da ridurre laresistenza con l’acqua. Stimiamo un velocità media, tra giorno enotte di 10km/h.
-La raccolta della plastica avviene in 30 giorni, navigando a 7 km/h.In questo periodo stimiamo di raccogliere tra i 600 e i 6 mila kilidi plastica
Latraiettoria del trimarano viene calcolata sulla base dei dati sullecorrenti e i venti che la NASA rilascia a cadenza settimanale:vogliamo navigare nelle zone di minima corrente, dove è maggiormenteconcentrata la plastica, ed evitare cattive condizioni meteo.
-Infine in 4-5 giorni l’imbarcazione ritorna in porto dove vienescaricata la plastica e vengono effettuate eventuali manutenzioni.
Questaconfigurazione multiscafo ci permette di avere una maggiore sezioneutile di raccolta a parità di dimensioni della rete. In un monoscafoil flusso dell’acqua attorno alla carena centrale tende infatti adallontanare i rifiuti superficiali verso l’esterno, mentre nelnostro caso i rifiuti deviati confluiscono nella rete.
Inoltrela struttura curva tra i tre scafi ci garantisce un’ampiasuperficie su cui disporre i pannelli solari necessari per lasufficienza energetica dell’imbarcazione.
Ilprogetto si propone quindi di raccogliere tra le 5.6 e le 56tonnellate di plastica all’anno, che corrispondono a più di 500milioni di frammenti.
Questorisultato si raggiunge con un’unica imbarcazione, ma costruendo unaflotta di trimarani, oltre ad abbattere i costi di costruzione, sipotrebbero raccogliere molti più rifiuti!
Inostri punti forza sono l’utilizzo esclusivo di energierinnovabili: a parità di prestazioni evitiamo di consumare 45tonnellate annue di CO2, quanto 19 mila litri di benzina consumati!
L’imbarcazioneè adatta a qualsiasi oceano ed è progettata per raccogliere tuttele tipologie di plastiche, dalle microplastiche agli oggetti dimaggiori dimensioni.
Ovviamenteabbiamo a cuore la salvaguardia della fauna marina:
iltrimarano procede infatti a velocità ridotta e la rete si immerge disolo mezzo metro così i pesci possono facilmente evitarlo!
SPREADYOUR WINGS TOWARDS A PLASTIC-FREE FUTURE
| clear;closeall; | |
| g =9.81; % sea level gravity acceleration [m/s²] | |
| C_b =0.47; % form coefficent | |
| v =2 ; % ship speed [m/s] | |
| rho_H2O =1000; % water density [kg/m³] | |
| mu_H2O =1e-3; % water dynamic viscosity [Pa*s] | |
| %%Power required for Drag | |
| %%% Central Hull Data | |
| L_h =25; % length [m] | |
| B_h =3.46; % width [m] | |
| m =45000; % Ship mass [kg] | |
| gamma =10250; % specific weight [N/m^3] | |
| V =m*g/gamma; % draft volume [m³] | |
| H_h =V /(L_h*B_h*C_b); % draft heigh [m] | |
| S =1.7*L_h*H_h+V/H_h; % ship draft surface [m²] | |
| % Estimation of the viscous drag introduced by the central hull | |
| Re =rho_H2O*v*H_h/mu_H2O; % Reynolds number | |
| K =19*(V/(L_h^2*H_h))^2; | |
| C_F =0.075/(log10(Re)-2)^2; | |
| C_V =C_F*(1+K); % drag coefficient | |
| R_v_c =0.5*rho_H2O*v^2*C_V*S; % viscosity force [N] | |
| P_h =R_v_c*v/0.7; % Shaft Power central hull [W] | |
| Results_central_hull = sprintf(' Viscous Drag Force central hull: %g kN\n Shaft Power central hull: %g MW',R_v_c*1e-3,P_h*1e-3); | |
| %%% Side Hull Data | |
| L_s =L_h/2; % length [m] | |
| H_s =0.25; % draft heigh [m] | |
| B_s =0.6 ; % width [m] | |
| V_s =L_s*H_s*B_s*C_b; % draft volume (Archimede's principle) [m³] | |
| S_s =1.7*L_s*H_s+V_s/H_s; % ship draft surface [m²] | |
| % Estimation of the viscous drag introduced by the side hulls | |
| Re_s =rho_H2O*v*H_s/mu_H2O; % Reynolds number | |
| K_s =19*(V_s/(L_s^2*H_s))^2; | |
| C_F_s =0.075/(log10(Re_s)-2)^2; | |
| C_V_s =C_F_s*(1+K_s); % drag coefficient | |
| R_v_s =0.5*rho_H2O*v^2*C_V_s*S_s; % viscosity force [N] | |
| P_s =R_v_s*v/0.7; % Shaft Power side hull [W] | |
| Results_side_hull = sprintf('Viscous Drag Force side hull: %g kN\n Shaft Power side hull: %g MW',R_v_s*1e-3,P_s*1e-3); | |
| R_v_tot =R_v_c+2*R_v_s; % total viscosity force [N] | |
| P_v_tot =P_h+2*P_s; % total viscosity shaft Power [W] | |
| Results_total_viscous = sprintf('Total Viscous Drag Force : %g kN\n Total Shaft Power: %g MW',R_v_tot*1e-3,P_v_tot*1e-3); | |
| %%% Estimation of the wave drag | |
| C_w =0.001; | |
| R_w =0.5*rho_H2O*C_w*v^2*(S+2*S_s); % drag wave resistence | |
| R_tot =R_v_tot+R_w; % total drag force [N] | |
| P_R =R_tot*v/0.7; % total shaft Power [W] | |
| Results_total = sprintf('Total Drag Force : %g kN\nTotal Shaft Power for resistence: %g kW',R_tot*1e-3,P_R*1e-3); | |
| %%% Estimation of net drag | |
| Cn =0.6; % Net Drag Coefficent | |
| Sn =0.9; % [m^2] Net twine area ( 4.5x0.4 m total net area) | |
| R_n =2*0.5*Cn*Sn*v^2*rho_H2O; % Drag produced by two nets | |
| %%Total Power Required | |
| P_tot = (P_R*1.25+R_n*v); | |
| %%Battery sizing | |
| P_required =P_tot; % Power required in the worst condition ( while catching )[W] | |
| E_day =P_required*12; % required energy from the batteries | |
| DoD =0.7; % Depth of discharge | |
| E_safe =E_day/DoD; % Effective energy of the batteries | |
| Volt =48; % voltage of the selected battery | |
| Amp =E_safe/Volt; % capacity | |
| N =Amp/1000; % Number of batteries | |
| %%Solar Panel Power | |
| P_density_sp =150; % power density of the selected solar panel | |
| Sp_area =192; % Solar panel surface [m^2] | |
| h_sun=9; % Hours of sun | |
| P_p =Sp_area*P_density_sp; % Panels power [W] | |
| E_p=P_p*h_sun; % Ideal panels energy [Wh] | |
| E_peff=E_p*0.8*0.93; % Effective power energy [Wh] | |
| E_rp=P_tot*12; % Energy required for ship motion [Wh] | |
| E_rptot =E_rp+E_day; % Total energy required [Wh] | |
| %%Wind Turbine Power | |
| rho_aria =1.226; %[kg/m^3] | |
| D =1.6; % Turbine diameter [m] | |
| A_in =pi*(D^2)/4; | |
| C_be =0.3; % Betz limit | |
| v_w =15; % Wind velocity [m/s] | |
| P_e =0.5*rho_aria*A_in*v_w^3; % Ideal turbine power [W] | |
| P_dis =C_be*P_e*0.7; % Effective turbine power [W] | |
| E_dis =P_dis*24; % Turbine energy [Wh] | |
| %%Quantity of plastic | |
| q_min =0.13; % minimum density of plastic [kg/km] | |
| q_max =1.3; % maximum density of plastic [kg/km] | |
| velocity =v*3.6; % velocity in km/h | |
| plastic_day_min =q_min*velocity*24; | |
| plastic_day_max =q_max*velocity*24; | |
| plastic_month_min =plastic_day_min*30; | |
| plastic_month_max =plastic_day_max*30; | |
| plastic_year_min =plastic_month_min*8; | |
| plastic_year_max =plastic_month_max*8; | |
| %%CO2 from Diesel engine | |
| g_CO2_departure_dayside =692*167; | |
| g_CO2_arrival_nightside =692*73; | |
| g_CO2_catching =692*200; | |
| g_CO2_catching_month =g_CO2_catching*30; % g of CO2 produced during one month of catching | |
| g_CO2_travel = (g_CO2_departure_dayside+g_CO2_arrival_nightside)*9; % g of CO2 produced during one travel |


| """ | |
| Visualizes Ncdf4 file with the xarray library and generates | |
| a geographic map with the cartopy library. | |
| """ | |
| importxarrayasxr | |
| importcartopy | |
| importcartopy.crsasccrs | |
| importmatplotlib.pyplotasplt | |
| importnumpy | |
| importos | |
| #Load data in xarray DataSet. | |
| homepath=os.getenv("HOME") | |
| path=os.path.join(homepath, "ALBATROSS_NasaSpaceAppsChallenge/oscar_vel2014.nc.gz.nc4") | |
| ds=xr.open_dataset(path) | |
| #Variables. | |
| meridional_velocity=ds.v | |
| zonal_velocity=ds.u | |
| sum_vector=numpy.sqrt(ds.u**2+ds.v**2) #Norm of the vector sum of v and u. | |
| sum_vector.attrs= {'units': 'm/s', 'long_name': 'Ocean Surface Current Speed'} | |
| #Plotting the maps. | |
| fortinds.time: | |
| speed=sum_vector.sel(time=t, method='nearest') | |
| fig=plt.figure(figsize=(40,25)) | |
| ax=plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree()) | |
| ax.coastlines() | |
| ax.add_feature(cartopy.feature.LAND, zorder=100, color='k') | |
| speed.plot(ax=ax, transform=ccrs.PlateCarree(), vmin=0, vmax=1, cbar_kwargs={'shrink': 0.7}) | |
| name_fig=str(t) +'.jpeg' | |
| plt.tight_layout() | |
| plt.show() |