Artikel Computermodellen in de strijd tegen plasticsoep
The Ocean Cleanup wil de ‘plasticsoep’ uit zee verwijderen. Daarbij heeft deze organisatie nu hulp gekregen van SURF, in de vorm van rekentijd op supercomputer Cartesius. Zo kunnen effecten van stroming en golfslag beter worden voorspeld.
In een zijkamer van de Delftse kantoortuin ligt het uitgestald: het plastic afval uit de Stille Oceaan. Dit is het materiaal dat The Ocean Cleanup wil opruimen. Daartoe ontwikkelt deze organisatie enorme V-vormige barrières, die op en vlak onder het zeeoppervlak drijven en als een fuik al het plastic verzamelen dat door de stromingen op hen af wordt gestuurd.
Er werken nu meer dan vijftig mensen bij The Ocean Cleanup, van wie vijf zich richten op de ontwikkeling van computermodellen voor de barrières. Hoe kun je de verschillende soorten plasticdeeltjes het beste opvangen? Die moeten immers tegen de barrière aan blijven drijven, richting opvangpunt, terwijl het water – en het zeeleven – er intussen onderdoor stroomt. Hoe hoog moeten de barrières dan worden, en op welke punten moet je ze verankeren?
Modelleren
Hoofd van dit modelleringsteam is Bruno Sainte-Rose. Hij legt uit dat modelleren begint met testen: “In het laboratorium – in dit geval het conceptbassin van MARIN in Wageningen – kunnen we alles meten en nauwkeurig observeren. Die waarnemingen reproduceren we in ons model. We variëren de parameters, zoals de snelheid van de stroming en de grootte van de deeltjes, en zorgen dat het model de effecten daarvan goed weergeeft. Vervolgens kunnen we het model gebruiken om de werkelijkheid van de oceaan te voorspellen, want daar is alles vijf keer zo groot als in het lab.”
Bénédicte Dommergues, modeling engineer, vult aan: “Als onze ontwerpers nu iets aan de barrières willen veranderen, komen ze naar ons toe om te vragen wat de gevolgen daarvan zullen zijn. De stromingseffecten hebben we inmiddels goed in de vingers. We zijn nu bezig om de effecten van golfslag in het model te vangen.”
Complexe berekeningen
Dit alles klinkt veel gemakkelijker dan het is. Sainte-Rose: “We hebben te maken met turbulente stromingen: door de barrière, maar ook door de lucht erboven. Verder is de barrière niet gefixeerd: hij beweegt mee, in meerdere richtingen. Je hebt dus te maken met complexe berekeningen in drie dimensies.” Door dit alles is het model zo zwaar dat een gewone pc drie dagen continu op maximaal vermogen moet werken: lastig als je een kleine aanpassing even wilt doorrekenen.
"De supercomputer geeft een enorme versnelling van het ontwikkelingsproces."
The Ocean Cleanup was dus erg blij toen SURF bereid bleek om toegang te verlenen tot zijn supercomputer Cartesius. Dommergues: “Ik kan nu méér versies van een simulatie naast elkaar draaien, in minder tijd. Of ik pas iets aan, laat het een paar minuten draaien – in plaats van een paar uur – en ik weet of het werkt. De supercomputer geeft een enorme versnelling van het ontwikkelingsproces. We hebben niet alleen de beschikking over rekentijd en opslagruimte, SURF zorgt ook voor de nodige ondersteuning. Ze helpen ons bij het installeren van software, en als er een nieuwe versie beschikbaar komt, zetten ze die er meteen op.”
Nieuwe standaard
Modelleren heeft ondanks alles nog altijd zijn beperkingen. Dommergues: “Je moet altijd een afweging maken tussen realisme en rekentijd. In het model gaan we bijvoorbeeld uit van een barrière van stijf materiaal, in plaats van flexibel, zoals in het echt.” Sainte-Rose: “Rekenen met flexibel materiaal zou tevens veel exactere metingen in het bassin vereisen, door middel van laseropstellingen. Dan was alles drie keer zo duur geworden en hadden we geen tijd en geld meer gehad om voldoende te variëren met de stroming en de plasticdeeltjes.”
Desondanks zet The Ocean Cleanup een nieuwe standaard voor nauwkeurigheid in maritiem ontwerp. Sainte-Rose: “Ik wil niet zeggen dat we de zwaarste berekeningen in de wereld doen, maar het is veel meer dan bij gewone offshorebedrijven. Als expert in computermodellering voor olie- en gasbedrijven heb ik jarenlang gewerkt in die sector, en daar hadden ze niet dit soort hardware staan. Het is dus echt bijzonder dat we gebruik kunnen maken van de supercomputer. Wij zijn geheel afhankelijk van giften en van hulp door organisaties als SURF. Alleen daardoor kunnen we ons doel bereiken: het schoonmaken van de oceanen.”
Over The Ocean Cleanup
Grote delen van de oceaan zijn tegenwoordig veranderd in ‘plasticsoep’. Die bestaat uit van alles: van kapotte drijfnetten en flacons tot tandenborstels en zakken. Het vangen en verwijderen van deze eindproducten van onze welvaart is de uitdaging die The Ocean Cleanup is aangegaan. Deze non-profitorganisatie werd in 2013 opgericht door de Delftse student Boyan Slat, om zijn idee werkelijkheid te maken: drijvende barrières die het afval opvangen en verzamelen. Eind dit jaar moet de eerste test barrière te water worden gelaten.
