Deep – In 2025 zullen mensen proberen in dit onderwaterhabitat te leven

Britse startup Deep is een pionier op het gebied van een nieuwe manier om de oceaan te bestuderen

De toekomst van menselijke bewoning in de zee krijgt vorm in een verlaten steengroeve op de grens van Wales en Engeland. Daar is de oceaanonderzoeksorganisatie Deep begonnen aan een meerjarige missie om wetenschappers in staat te stellen om weken, maanden en mogelijk zelfs jaren op de zeebodem te leven op dieptes tot 200 meter.

“Aquarius Reef Base in St. Croix was de laatste geïnstalleerde habitat in 1987 , en er is in ongeveer 40 jaar niet veel grond gebroken”, zegt Kirk Krack , human diver performance lead bij Deep. “We proberen ocean science en engineering naar de 21e eeuw te brengen .”

Deep’s agenda heeft dit jaar een belangrijke mijlpaal: de ontwikkeling en het testen van een kleine, modulaire habitat genaamd Vanguard. Deze verplaatsbare, onder druk staande onderwaterschuilplaats, die ruimte biedt aan maximaal drie duikers voor periodes van maximaal een week of zo, zal een opstap zijn naar een meer permanent modulair habitatsysteem, bekend als Sentinel, dat in 2027 gelanceerd zal worden.

“Tegen 2030 hopen we een permanente menselijke aanwezigheid in de oceaan te zien”, zegt Krack. Dit alles is nu mogelijk dankzij een geavanceerde 3D-print-lasmethode die deze grote woonstructuren kan printen.

Hoe zou zo’n aanwezigheid de mariene wetenschap ten goede komen? Krack berekent de cijfers voor me: “Met lopend duiken op 150 tot 200 meter, kun je slechts 10 minuten werk voltooien, gevolgd door 6 uur decompressie . Met onze onderwaterhabitats kunnen we in 30 dagen zeven jaar werk doen met een kortere decompressietijd. Meer dan 90 procent van de biodiversiteit van de oceaan leeft binnen 200 meter diepte en aan de kustlijnen, en we kennen slechts ongeveer 20 procent daarvan.”

Het begrijpen van deze onderzeese ecosystemen en omgevingen is een cruciaal onderdeel van de klimaatpuzzel, voegt hij toe: De oceanen absorberen bijna een kwart van de door de mens veroorzaakte koolstofdioxide en ongeveer 90 procent van de overtollige warmte die door menselijke activiteit wordt gegenereerd .

Onderwaterleven krijgt dit jaar groen licht

Deep wil een onderwaterlevensondersteunende infrastructuur bouwen die niet alleen modulaire habitats bevat, maar ook trainingsprogramma’s voor de wetenschappers die ze gaan gebruiken. Langdurige bewoning onder water omvat een gespecialiseerd type activiteit dat saturatieduiken wordt genoemd , zo genoemd omdat de weefsels van de duiker verzadigd raken met gassen, zoals stikstof of helium. Het wordt al tientallen jaren gebruikt in de offshore olie– en gassector, maar is ongewoon bij wetenschappelijk duiken, buiten het relatief kleine aantal onderzoekers dat het geluk heeft tijd in Aquarius door te brengen . Deep wil het een standaardpraktijk maken voor onderzoekers onder water.

De eerste trede op die ladder is Vanguard, een snel inzetbare, expeditie-achtige onderwaterhabitat ter grootte van een scheepscontainer die door een schip kan worden vervoerd en bevoorraad en drie mensen kan huisvesten tot een diepte van ongeveer 100 meter. Het zal in het eerste kwartaal van 2025 worden getest in een steengroeve buiten Chepstow, Wales .

De Vanguard-habitat, hier te zien in een weergave van een illustrator, zal klein genoeg zijn om te vervoeren en toch drie mensen kunnen ondersteunen op een maximale diepte van 100 meter. Diep

Het plan is om Vanguard een week of zo overal te kunnen inzetten waar het nodig is. Duikers kunnen urenlang op de zeebodem werken voordat ze naar de module gaan voor maaltijden en rust.

Een van de nieuwe kenmerken van Vanguard is de buitengewone flexibiliteit als het gaat om stroom. Er zijn momenteel drie opties: Wanneer het dicht bij de kust wordt ingezet, kan het via een kabel verbinding maken met een distributiecentrum op het land met behulp van lokale hernieuwbare energiebronnen . Verder op zee kan het worden gevoed door drijvende hernieuwbare-energieboerderijen en brandstofcellen die Vanguard via een navelstrengverbinding zouden voeden, of het kan worden gevoed door een onderwater-energieopslagsysteem dat meerdere batterijen bevat die kunnen worden opgeladen, opgehaald en opnieuw kunnen worden ingezet via onderzeese kabels.

De ademgassen worden in externe tanks op de zeebodem opgeslagen en bevatten een mengsel van zuurstof en helium dat afhankelijk is van de diepte. In geval van nood kunnen verzadigde duikers niet naar de oppervlakte zwemmen zonder een levensbedreigende decompressieziekte op te lopen. Vanguard, net als de toekomstige Sentinel, zal dus ook over voldoende reservestroom beschikken om 96 uur levensondersteuning te bieden in een externe, aangrenzende pod op de zeebodem.

Gegevens die dit jaar door Vanguard zijn verzameld, zullen de weg vrijmaken voor Sentinel, dat zal bestaan ​​uit pods van verschillende groottes en capaciteiten. Deze pods kunnen zelfs worden ingesteld op verschillende interne drukken, zodat verschillende secties verschillende functies kunnen uitvoeren. De labs kunnen bijvoorbeeld op de lokale bathymetrische druk worden gezet voor het analyseren van monsters in hun natuurlijke omgeving, maar daarnaast kan een kamer met 1 atmosfeer worden opgezet waar onderzeeërs kunnen aanmeren en bezoekers de habitat kunnen observeren zonder dat ze zich hoeven te egaliseren met de lokale druk.

Volgens Deep zou een typische configuratie zes mensen huisvesten, elk met hun eigen slaapkamer en badkamer. Het zou ook een reeks wetenschappelijke apparatuur hebben, waaronder volledige natte labs om genetische analyses uit te voeren, wat dagen bespaart doordat er geen monsters naar een bovengronds lab hoeven te worden vervoerd voor analyse.

“Tegen 2030 hopen we een permanente menselijke aanwezigheid in de oceaan te zien”, zegt een van de projectleiders.

Een Sentinel-configuratie is ontworpen om een ​​maand mee te gaan voordat er bevoorrading nodig is. Gassen worden bijgevuld via een navelstrengverbinding vanaf een oppervlakteboei, en voedsel, water en andere benodigdheden worden naar beneden gebracht tijdens de geplande bemanningswisselingen om de 28 dagen.

Maar mensen kunnen maanden, zo niet jaren, in Sentinel blijven. “Als je eenmaal verzadigd bent, maakt het niet uit of je er zes dagen of zes jaar bent, maar de meeste mensen blijven er 28 dagen vanwege de bemanningswisselingen,” zegt Krack.

Waar 3D-printen en lassen elkaar ontmoeten

Het is een zeer ambitieuze visie en Deep heeft geconcludeerd dat het alleen kan worden bereikt met geavanceerde productietechnieken. Deep’s productieafdeling, Deep Manufacturing Labs (DML), heeft een innovatieve aanpak bedacht voor het bouwen van de drukrompen van de habitatmodules. Het gebruikt robots om additieve metaalproductie te combineren met lassen in een proces dat bekendstaat als draadboog-additieve productie. Met deze robots worden metaallagen opgebouwd zoals bij 3D-printen, maar de lagen worden samengevoegd door middel van lassen met behulp van een metaal-inert-gasbrander.

Op Deep’s basis van operaties in een voormalige steengroeve in Tidenham, Engeland, omvatten de bronnen twee Triton 3300/3 MK II onderzeeërs. Een daarvan is hier te zien bij Deep’s drijvende “eiland” dok in de steengroeve. Deep

Tijdens een rondleiding door de DML zegt Harry Thompson, hoofd geavanceerde productietechniek: “We zitten in een grijs gebied tussen lassen en additief proces, dus we volgen de lasregels, maar voor drukvaten volgen we [ook] een spanningsverlichtend proces dat van toepassing is op een additief component. We testen ook alle onderdelen met niet-destructief testen.”

Elk van de robotarmen heeft een werkbereik van 2,8 bij 3,2 meter, maar DML heeft dit gebied vergroot door middel van een concept dat ze Hexbot noemen. Het is gebaseerd op zes robotarmen die geprogrammeerd zijn om samen te werken om habitatrompen te creëren met een diameter tot 6,1 meter. De grootste uitdaging bij het creëren van de rompen is het beheersen van de hitte tijdens het additieve proces om te voorkomen dat de onderdelen vervormen terwijl ze worden gecreëerd. Hiervoor vertrouwt DML op het gebruik van hittebestendige staalsoorten en op zeer nauwkeurig geoptimaliseerde procesparameters.

Technische uitdagingen voor langdurige bewoning

Naast de productie zijn er andere uitdagingen die uniek zijn voor de lastige klus om mensen 200 meter onder water gelukkig en in leven te houden. Een van de meest fascinerende hiervan draait om helium. Vanwege het narcotische effect bij hoge druk, mag stikstof niet door mensen worden ingeademd op diepten onder ongeveer 60 meter. Dus op 200 meter zal de ademmix in de habitat 2 procent zuurstof en 98 procent helium zijn. Maar vanwege de zeer hoge thermische geleidbaarheid, “moeten we helium verwarmen tot 31-32 °C om een ​​normale interne temperatuur van 21-22 °C te krijgen”, zegt Rick Goddard, directeur engineering bij Deep. “Dit creëert een vochtige atmosfeer, dus poreuze materialen worden een broedplaats voor schimmel”.

Er zijn ook een heleboel andere uitdagingen met betrekking tot materialen. De materialen mogen geen gassen uitstoten en ze moeten akoestisch isolerend, lichtgewicht en structureel gezond zijn bij hoge druk.

Het proefterrein van Deep is een voormalige steengroeve in Tidenham, Engeland, met een maximale diepte van 80 meter.

Er zijn ook veel elektrische uitdagingen. “Helium breekt bepaalde elektrische componenten met een hoge mate van zekerheid”, zegt Goddard. “We hebben apparaten uit elkaar moeten halen, chips moeten vervangen, [printplaten] moeten veranderen en zelfs onze eigen PCB’s moeten ontwerpen die geen gassen afgeven.”

Het elektrische systeem zal ook een energiemix moeten kunnen verwerken met zulke uiteenlopende bronnen als drijvende zonneparken en brandstofcellen op een oppervlakteboei. Energieopslagapparaten vormen grote uitdagingen op het gebied van elektrotechniek: helium sijpelt in condensatoren en kan deze vernietigen wanneer het probeert te ontsnappen tijdens decompressie. Ook batterijen ontwikkelen problemen bij hoge druk, dus ze zullen buiten de habitat moeten worden ondergebracht in drukvaten van 1 atmosfeer of in met olie gevulde blokken die een drukverschil binnenin voorkomen.

Is het mogelijk om maanden of jaren in de oceaan te leven?

Als je de SpaceX van de oceaan probeert te zijn, rijzen er natuurlijk vragen over de haalbaarheid van zo’n ambitie. Hoe waarschijnlijk is het dat Deep dit waar kan maken? Ten minste één topautoriteit, John Clarke, gelooft erin. “Ik ben versteld van de kwaliteit van de technische methoden en expertise die worden toegepast op de problemen die zich voordoen en ik ben enthousiast over de manier waarop DEEP nieuwe technologie toepast”, zegt Clarke, die hoofdwetenschapper was van de US Navy Experimental Diving Unit . “Ze boeken veel meer vooruitgang dan verwacht… Ik steun Deep graag in hun streven om de omarming van de zee door de mensheid uit te breiden.”