Akoestische meetmethode onderzocht voor beter beeld van plastic onder water

Kan het verborgen plastic onder water worden onthuld met geluidsgolven? Daarvoor gaat Wageningen University & Research samen met andere partijen een meetmethode ontwikkelen in het nieuwe onderzoeksproject RUMBA. NWO levert een financiële bijdrage.

Naar de meest zichtbare plasticvervuiling in rivieren is veel onderzoek gedaan maar wat er allemaal onder de wateroppervlakte gebeurt, is nog amper bekend. Dat vertelt Tim van Emmerik, universitair hoofddocent bij Wageningen University & Research (WUR). “Wij zitten al jarenlang met de vraag hoe het gaat met het plastic onder water, dus tot op de bodem.”

Tim van Emmerik

Momenteel is het te water laten van een groot net vanaf een brug of boot eigenlijk de enige manier waarmee onder water macroplastics, plastic deeltjes die groter zijn dan 5 millimeter, kunnen worden gemeten. “Deze aanpak levert op zich goede data op, maar is erg arbeids- en kostenintensief en ook behoorlijk ingrijpend voor de onderwaternatuur. Rijkswaterstaat doet af en toe zulke metingen.”

Het project RUMBA – de afkorting staat voor ‘Revealing underwater macroplastic pollution using acoustic backscatter’ – moet daarin verandering brengen. “We willen een nieuwe methode ontwikkelen die gebaseerd is op geluidsgolven. Daarmee is het mogelijk om continue niet-invasieve metingen te doen van de plasticvervuiling in de hele waterkolom. We gebruiken hiervoor een bestaande sonar-techniek.”

'Alle relevante kennis van alle relevante Nederlandse partijen is bij elkaar gebracht'

Financiële bijdrage van NWO
De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) heeft recent een financiële bijdrage toegezegd aan het project RUMBA, als een van zes toepassingsgerichte technisch-wetenschappelijke projecten. Van Emmerik: “Wij krijgen een bedrag van ongeveer 370.000 euro van NWO. Hiermee kan een promovendus full time onderzoek doen voor een periode van vier jaar.” Het totale budget is zes ton. “Voor de rest gaat het om bijdragen in natura van de projectpartners.”

Behalve WUR doen Rijkswaterstaat, The Ocean Cleanup, HKV lijn in water, Deltares en Nortek mee. Van Emmerik spreekt van een gouden formule. “Alle relevante kennis van alle relevante Nederlandse partijen is bij elkaar gebracht.” Het Noorse bedrijf Nortek dat een vestiging in Hoofddorp heeft, levert de meetapparatuur. “We zijn blij dat ook een producent van akoestische sensoren aan boord is. Daardoor kunnen we verschillende configuraties uittesten.”

In het project kijken de WUR-onderzoekers niet alleen naar de toepasbaarheid van de nieuwe meetmethode in eigen land, zegt Van Emmerik. “Samen met The Ocean Cleanup onderzoeken we ook wat de resultaten zijn in de meer vervuilde rivieren in Zuidoost-Azië. Laat ik het zo zeggen: als het in ons project niet lukt om plastic afval te detecteren met akoestische metingen, denk ik dat de kans klein is dat andere partijen het wel voor elkaar krijgen.”

De bedoeling is om in het project de nieuwe meetmethode ook toe te passen bij flink vervuilde rivieren in Zuidoost-Azië zoals de Saigon in Vietnam I foto: Tim van Emmerik / WUR

Inzet van ADCP’s
Voor het meten van de plastic deeltjes onder water zullen ‘acoustic doppler current profilers’ (ADCP’s, akoestische dopplerstroommeters) worden ingezet. Deze instrumenten maken gebruik van geluidsgolven en het dopplereffect. “De sensoren zenden geluidsgolven uit die weerkaatst worden door allerlei deeltjes. Dat kunnen bijvoorbeeld deeltjes van plastic of sediment zijn of ook organische deeltjes.”

In het onderzoeksproject wordt het vrij simpel gehouden, zegt Van Emmerik. “We kijken puur naar hoe de uitgezonden geluidsgolven worden weerkaatst door de verschillende deeltjes. En dus niet naar het dopplereffect.”

De onderzoekers richten zich op twee aspecten. Ten eerste de intensiteit van het signaal. “Wij verwachten dat de weerkaatsing afhangt van het soort materiaal en van de geometrie, bijvoorbeeld of het om een recht of kronkelig voorwerp gaat.” Het tweede aspect is de totale omvang van het signaal. “Is de reflectie vrij lang, dan is dit waarschijnlijk een indicatie dat een object tamelijk groot is.”

ADCP’s worden al met succes toegepast voor het meten van sediment. Voorheen zeiden de vele sceptici dat het nooit zou lukken, vertelt Van Emmerik. “Inmiddels is het een gangbare methode om sedimentconcentraties in een rivier en van daaruit ook de stroomsnelheid en rivierafvoer te bepalen. Wij zitten nu met plastics in dezelfde fase als eerder hierbij.”

Testen in het laboratorium hebben al goede resultaten opgeleverd. “We krijgen daadwerkelijk een signaal als we plastics onder akoestische sensoren leggen.”

'Plastic onder water is nu nog het grootste onbekende element bij het sluiten van het zogenoemde plastic budget van rivieren'

Veel onderzoeksvragen
Er zijn allerlei vragen waarop in het project RUMBA een antwoord moet komen. Van Emmerik noemt er een aantal. “Hoe hangt het geluidssignaal af van het soort sensor? Kunnen wij bij de signalen onderscheid maken tussen verschillende soorten plastics? En ook tussen verschillende dimensies? Is de hoeveelheid plastics te onderscheiden van onder meer organisch materiaal en vissen?”

Van Emmerik en zijn WUR-collega’s hebben zich in hun onderzoeksactiviteiten tot nu toe gefocust op het meten van het plastic dat drijft op de wateroppervlakte of terechtkomt op rivieroevers en in uiterwaarden. Zij hebben drie jaar geleden voor het eerst wereldwijd in beeld gebracht dat overstromingen een grote invloed hebben op de verspreiding van plastic afval in rivieren. Dit geldt ook voor het Nederlandse deel van de Maas na de enorme wateroverlast in juli 2021, blijkt uit een ander onderzoek (zie ook het artikel in Nature Water en het artikel in Environmental Research Letters).

Het nieuwe project is hierop een goede aanvulling, zegt Van Emmerik. “Wij zijn al jaren bezig met het ontwikkelen van meetapparatuur en -technieken, maar hebben voor onderwaterplastic nog niets bedacht. Dat gedeelte afdekken is doel één. Het tweede doel betreft het sluiten van het zogenoemde plastic budget of de plastic balans van rivieren, waarmee we sinds een tijdje bezig zijn. Plastic onder water is daarbij nu nog het grootste onbekende element. Het is belangrijk om hier meer over te weten.”

Ook gebruik van historische data mogelijk
Van Emmerik en co streven ernaar dat over vier jaar in ieder geval de potentie van de nieuwe meetmethode bekend is. “Het betekent dat we een eenvoudig protocol voor de werking van de technologie hebben gemaakt. Wij willen de grenzen, de foutmarges en de onzekerheden kwantificeren. Want dat het technisch kan, weten we ondertussen wel. En als ik een beetje mag dromen, dan hebben we de methode redelijk snel onder de knie en zijn we over vier jaar al een stuk verder met het meten van plastic afval onder water.”

Het mooie is dat ook historische data kunnen worden benut, vertelt Van Emmerik. ADCP’s worden in Nederland al meerdere decennia gebruikt voor het meten van rivierafvoeren. “De data kunnen we opnieuw analyseren, specifiek gericht op het kwantificeren van plastic. En hopelijk kunnen we ook datasets van over de gehele wereld raadplegen. Wie weet schept dat een heel nieuw beeld van de plasticvervuiling van rivieren en de trends daarbij.”