US-Forschende wollen Küstenerosion mit Stromstößen verhindern
Neue Methode zum Küstenschutz: Leichte Stromstöße verfestigen Sand, verhindern Erosion und bieten eine nachhaltige, kostengünstige Alternative.
Foto: Northwestern University
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Die Auswirkungen des Klimawandels sind weltweit an den Küsten zu spüren. Steigende Meeresspiegel und heftigere Stürme tragen zur Erosion bei und bedrohen Küstenregionen und ihre Infrastruktur. Forschende der Northwestern University haben nun eine spannende Methode entwickelt, um diesem Problem zu begegnen. Mithilfe von Schwachstrom sollen Sand und andere Materialien am Meeresboden dauerhaft stabilisiert werden. Die neue Methode könnte eine kostengünstige und nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Ansätzen bieten und den Küstenschutz revolutionieren.
Muscheln und Korallen dienen als Vorbild
Die Idee, elektrische Ströme für den Küstenschutz zu nutzen, stammt aus der Natur selbst. Meeresorganismen wie Muscheln und Korallen nutzen gelöste Mineralien aus dem Meerwasser, um ihre robusten Schalen und Strukturen zu bilden. Statt auf biologische Prozesse setzen die Forscher jedoch auf elektrische Energie.
Ein schwacher Strom genügt, um im Meerwasser enthaltene Mineralien wie Kalzium und Magnesium in stabile Verbindungen umzuwandeln, die wie ein natürlicher Zement wirken. Dieser Zement verbindet die Sandkörner und verwandelt den lockeren Sand in ein steinähnliches, festes Material.
So funktioniert das Verfahren
Im Laborversuch der Northwestern University füllte das Forschungsteam Behälter mit Meerwasser und Sand und setzte sie einer Spannung von 2 V bis 4 V aus. Der elektrische Strom löste an Elektroden, die in den Sand eingelassen waren, chemische Reaktionen aus.
Dabei bildeten sich Mineralien wie Kalziumkarbonat und Magnesiumhydroxid, die als Bindemittel zwischen den Sandkörnern wirkten. Der Sand verfestigte sich und glich nach der Behandlung einem festen Felsen. Diese einfache Methode könnte weltweit an Küsten eingesetzt werden, um Sandstrände, Klippen und Dünen vor Erosion zu schützen.
Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden
Der traditionelle Küstenschutz erfolgt meist durch den Bau von Schutzmauern, Deichen oder Wellenbrechern aus Beton. Diese Bauwerke sind jedoch oft teuer, aufwendig in der Unterhaltung und nicht dauerhaft. Außerdem kann der Sand unter den Schutzmauern mit der Zeit erodieren, was schließlich zu ihrem Einsturz führt. Das Einbringen von Zement in den Boden, eine weitere gängige Methode, hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und erfordert einen hohen Energieaufwand.
Der Einsatz von elektrischen Strömen zur Verfestigung des Sandes könnte diese Probleme umgehen. Die Methode ist nicht nur kostengünstig – die Kosten werden auf nur 3 $/m³ bis 6 $/m³ verfestigten Bodens geschätzt –, sondern auch umweltfreundlich. Die benötigte Spannung ist so niedrig, dass sie weder die Meeresumwelt beeinträchtigt noch eine Gefahr für Meeresorganismen darstellt.
Ein Verfahren mit vielseitigen Einsatzmöglichkeiten
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist seine Reversibilität. Sollte es notwendig sein, den behandelten Sand zu entfernen oder den Prozess rückgängig zu machen, kann durch Umkehr der Strömungsrichtung die Mineralbildung rückgängig gemacht werden. Dies geschieht durch eine lokale Absenkung des pH-Wertes, wodurch die zuvor gebildeten Mineralien wieder gelöst werden.
Diese Flexibilität eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Die Technologie könnte nicht nur zum Küstenschutz eingesetzt werden, sondern auch zur Reparatur von Rissen in bestehenden Betonbauwerken, die von Meerwasser umspült werden. Sie könnte auch helfen, instabile Küstenhänge zu stabilisieren und Sanddünen zu sichern.
Zukunftsperspektiven: Erste Tests außerhalb des Labors
Die Forschungsergebnisse der Northwestern University sind vielversprechend und könnten einen bedeutenden Beitrag zum Schutz gefährdeter Küstengebiete leisten. In den kommenden Jahren plant das Forschungsteam, die Methode in Feldversuchen am Strand zu testen, um ihre Wirksamkeit unter realen Bedingungen zu prüfen.
Wenn sich die Methode als erfolgreich erweist, könnte sie weltweit Anwendung finden und eine einfache, kosteneffiziente und nachhaltige Lösung für ein Problem bieten, das viele Küstengemeinden zunehmend bedroht.
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