En Roomba-liknande havssopsamlare efter modell av en valhaj och ett mikroplastfilter tillverkat av manetslem kan förhindra skräp från att komma in i våra hav och hjälpa till att tackla ett växande problem som utgör ett hot mot vilda djur, avskräcker turister och påverkar kustekonomierna.

Kostnaden för havsskräp i EU har uppskattats till upp till 630 miljoner euro per år. Den består till största delen av plast, som tar hundratals år att bryta ner i naturen, och har potential att påverka människors hälsa genom näringskedjan eftersom plastavfall äts av fisken som vi konsumerar.

"Jag är en oavsiktlig miljöpartist, sa Richard Hardiman, som driver ett projekt som heter WASTESHARK. Han säger att när han gick i sin lokala hamn en dag stannade han för att se två män kämpa för att ösa upp skräp ur havet med hjälp av ett poolnät. Deras ineffektivitet störde Hardiman, och han började försöka lösa problemet. Det var först när han grävde djupare in i frågan som han insåg hur skadligt marint skräp, och plast i synnerhet, kan vara, han säger.

"Jag började utforska vart det här skräpet tar vägen - havsgyres (cirkulära strömmar), skräp gyres, och de är bara fulla av plast. Jag är väldigt glad att vi nu gör något för att minska effekterna, " han sa.

Hardiman utvecklade en obemannad robot, en vattendrönare som kryssar runt urbana vatten som hamnar, småbåtshamnar och kanaler, äta upp marint skräp som en Roomba of the sea. Avfallet samlas i en korg som WasteSharken sedan tar tillbaka till land för att tömmas, sorteras och återvinns.

Designen av den autonoma drönaren är modellerad på en valhaj, havets största kända fisk. Dessa gigantiska filtermatare simmar runt med munnen öppen och äter lätt vad som än korsar deras väg.

Den drivs av laddningsbara elektriska batterier, se till att det inte förorenar miljön genom oljespill eller avgaser, och det är relativt tyst, undvika bullerföroreningar. Den ger noll koldioxidutsläpp och enheten rör sig ganska långsamt, låter fiskar och fåglar bara simma iväg när det kommer för nära för komfort.

"Vi har testat det i områden med naturlig skönhet och naturparker där vi vet att det inte skadar djurlivet, " sade Hardiman. "Vi är ganska lyckliga i det, all vår forskning visar att det inte påverkar djurlivet runt omkring."

WasteShark är en av ett antal nya uppfinningar utformade för att ta itu med problemet med marin nedskräpning. Ett projekt kallat CLAIM utvecklar fem olika typer av teknik, varav ett är ett plasmabaserat verktyg som kallas en pyrolysör.

Användbar gas

CLAIMs pyrolysör kommer att använda värmebehandling för att bryta ner marint skräp till en användbar gas. Plasma är i grunden joniserad gas, kan nå mycket höga temperaturer på tusentals grader. Sådan värme kan bryta kemiska bindningar mellan atomer, omvandla avfall till en typ av gas som kallas syngas.

Pyrolysatorn kommer att monteras på en båt som samlar upp flytande marint skräp – främst stora föremål av plast som, om de lämnas i havet, kommer att förmultna till mikroplast – så att gasen sedan kan användas som ett miljövänligt bränsle för att driva båten, eller för att tillhandahålla energi för uppvärmning i hamnar.

Dr Nikoleta Bellou från Hellenic Center for Marine Research, en av projektkoordinatorerna för CLAIM, sa:"Vi vet att vi människor faktiskt är de viktigaste drivkrafterna för att förorena våra hav. Till skillnad från organiskt material, plast försvinner aldrig i naturen och den ackumuleras i miljön, speciellt i våra hav. Det utgör ett hot inte bara mot hälsan i våra hav och mot kusterna utan mot människor, och har sociala, ekonomiska och ekologiska effekter."

Forskarna valde områden i Medelhavet och Östersjön för att fungera som sina fallstudier under hela projektet, och kommer att utveckla modeller som kan berätta för forskare vilka områden som är mest sannolikt att bli skräp-hotspots. En rad faktorer påverkar hur nedskräpad en strand kan vara – den påverkas inte bara av skräp i det omgivande området utan också av cirkulerande vindar och strömmar som kan transportera skräp stora avstånd, dumpning av avfallet på vissa stränder snarare än andra.

CLAIMs andra metoder för att ta itu med plastföroreningar inkluderar en bom – en serie nät som korsar en flod som fångar upp allt det stora skräpet som annars skulle åka till havet. Näten töms sedan och avfallet samlas upp för behandling med pyrolysatorn. Det har varit problem med högkonjunkturer tidigare, när dåliga väderförhållanden gör att näten överbelastas och går sönder, men CLAIM kommer att använda automatiserade kameror och andra sensorer som kan varna relevanta myndigheter när näten är fulla.

Mikroplaster

Stora plastbitar som kan ösas upp ur vattnet är en sak, men små partiklar som kallas mikroplaster som är mindre än 5 mm breda utgör ett annat problem. Forskare i GoJelly-projektet använder en överraskande ingrediens för att skapa ett filter som hindrar mikroplast från att komma in i havet - manetslem.

Filtret kommer att placeras ut vid avloppsvattenhanteringsanläggningar, en känd källa till mikroplast. Metoden har redan visat sig vara framgångsrik i labbet, och nu planerar GoJelly att uppskala biotekniken för industriellt bruk.

Dr Jamileh Javidpour från GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel, som koordinerar projektet, sa:"Vi måste vara innovativa för att stoppa mikroplaster från att komma in i havet."

GoJelly-projektet slår två flugor i en smäll – tar itu med problemet med mikroplast och tar samtidigt upp problemet med manetblomningar, där varelserna reproducerar sig i tillräckligt höga nivåer för att täcka ett havsområde.

Maneter är en av de äldsta varelserna på planeten, att ha simmat i jordens hav under dinosauriernas tid. På det hela, på grund av en minskning av naturliga rovdjur och förändringar i miljön, de trivs. När de blommar, maneter kan attackera simmare och fiske.

Fiskare kastar ofta fångade maneter tillbaka i havet som en olägenhet men, enligt Dr Javidpour, maneter kan användas mycket mer hållbart. Inte bara kan deras slem användas för att filtrera bort mikroplaster, de kan också användas som foder för vattenbruk, för kollagen i anti-aging produkter, och även i mat.

Faktiskt, en del av GoJelly-projektet innebär att producera en kokbok, visar folk hur man gör läckra rätter av maneter. Även om européer kanske inte är vana vid att laga mat med maneter, i många asiatiska kulturer är de en daglig stapelvara. Dock, Dr Javidpour betonar att målet inte är att ersätta normalt fiske.

"Vi är främst ekologer, vi vet maneternas roll som en del av ett hälsosamt ekosystem, " sa hon. "Vi vill inte byta från klassiskt fiske till manetfiske, men det är en del av vår uppgift att undersöka om det är genomförbart, om det är hållbart."