Dizajn za morski život: Od brodskih olupina do 3D printanih umjetnih grebena

Može li arhitektura, primjena inovativnih materijala i tehnologija 3D printanja pridonijeti obnovi morskih ekosustava? Sudjelovanjem u programu RestReef istraživali smo kako oblikovanje podvodnih struktura može podržati morski život i zašto uspješna ekološka obnova zahtijeva mnogo više od jednostavnog postavljanja objekata na morsko dno.

Kada razmišljamo o arhitekturi i dizajnu, obično zamišljamo zgrade, ulice, javne prostore i druge elemente izgrađenog okoliša. Razmatramo kako ljudi koriste prostor, kako materijali međudjeluju sa svojim okruženjem i kako fizičke strukture mogu pridonijeti boljim životnim uvjetima. No što se događa kada ta ista načela primijenimo ispod površine mora?

Bilo je to jedno od zanimljivih pitanja kojima smo se bavili tijekom programa RestReef, međunarodne obrazovne inicijative usmjerene na tehnike ekološke obnove primjenom umjetnih grebena u područjima ekološke mreže Natura 2000. Za ERKON, čiji rad povezuje arhitekturu, prostorno planiranje, održivi razvoj, inovacije i obrazovanje, sudjelovanje u programu RestReef pružilo je priliku za istraživanje drukčije primjene poznatih načela: oblikovanja fizičkog okoliša ne za ljude, nego za morske organizme. Kroz predavanja, praktične aktivnosti i podvodna istraživanja program nas je upoznao s povezanošću morske ekologije, inženjerstva, znanosti o materijalima i sve sofisticiranijeg projektiranja umjetnih grebena.

Kada brodska olupina postane greben

Među najupečatljivijim iskustvima bili su naši zaroni u Hrvatskoj, Portugalu i Španjolskoj, uključujući zaron na olupini broda Primavera u blizini otočja Berlengas, uz atlantsku obalu Portugala.

Brodske olupine pružaju zanimljivu priliku za promatranje načina na koji strukture koje je izgradio čovjek stupaju u interakciju s morskim ekosustavima. Iako nikada nisu bile namijenjene ispunjavanju ekoloških funkcija, potopljeni brodovi s vremenom mogu postati staništa različitih morskih organizama. Fizička struktura olupine u podvodni okoliš unosi čvrste površine, vertikalne elemente, nepravilne oblike, šupljine i zaklonjene prostore. Takve značajke mogu pružiti podlogu za prihvaćanje algi i sesilnih, odnosno pričvršćenih organizama, dok ribama i pokretnim beskralježnjacima nude zaklon i mogućnosti hranjenja.

Iskustvo ronjenja na olupinama ilustriralo je važno ekološko načelo: fizičke karakteristike staništa utječu na to koji ga organizmi mogu nastaniti i kako koriste raspoloživi prostor. Glatka, izložena površina pruža drukčije mogućnosti od hrapave površine s brojnim malim šupljinama. Slično tome, veliki otvor može odgovarati ribama, dok manji procjepi mogu pružiti zaklon beskralježnjacima i juvenilnim jedinkama.

Naravno, opažanje morskih organizama oko brodske olupine ne dokazuje automatski da ona povećava bioraznolikost. Neki organizmi mogu biti privučeni iz okolnih staništa, dok drugi možda već nastanjuju obližnje prirodne grebene. Utvrđivanje ekološkog doprinosa olupine zahtijevalo bi sustavno praćenje i usporedbu s okolnim staništima.

Projektiranje staništa, a ne samo podvodnih objekata

Umjetni grebeni strukture su koje je izgradio čovjek i postavio u vodeni okoliš radi ostvarivanja određenih funkcija. Ovisno o svojoj namjeni, mogu pružati staništa morskim organizmima, podržavati ekološku obnovu, pridonositi zaštiti obale ili služiti drugim ciljevima upravljanja morskim prostorom. Njihova ekološka funkcionalnost ovisi o nekoliko međusobno povezanih čimbenika, uključujući lokaciju, dubinu, okolišne uvjete, sastav materijala i oblikovanje.

Jedan od najzanimljivijih dijelova edukacije RestReef bilo je predavanje o aditivnoj proizvodnji, u kojem smo istraživali kako se napredne proizvodne tehnologije mogu koristiti za stvaranje umjetnih grebena složene geometrije. Tradicionalno su se podvodne strukture često gradile korištenjem relativno jednostavnih oblika i konvencionalnih materijala. Međutim, napredak digitalnog projektiranja i aditivne proizvodnje otvara nove mogućnosti za razvoj struktura koje preciznije odgovaraju ekološkim zahtjevima.

Umjesto da umjetni greben promatramo kao jedan čvrsti objekt, možemo ga projektirati kao skup međusobno povezanih staništa. Različiti organizmi zahtijevaju različite uvjete. Nekima odgovaraju veliki otvori i prolazi, dok su drugima potrebni uski procjepi, zaštićene površine ili mali prostori na koje se mogu pričvrstiti. To znači da oblikovanje umjetnog grebena može utjecati na raznolikost staništa koja on pruža. Izazov stoga nije samo stvoriti objekt koji može opstati pod vodom, nego razumjeti kako njegova geometrija može podržati organizme kojima je namijenjen.

Arhitektura umjetnog grebena

Posebno zanimljiv primjer predstavljen tijekom edukacije bio je Modular Eco-Engineering Reef (MER), koncept razvijen kako bi se unutar jedne modularne strukture omogućilo stvaranje različitih tipova staništa. Njegovo oblikovanje uključuje nekoliko značajki namijenjenih podršci morskim organizmima. Labirint prolaza i skloništa pruža prostore koje ribe mogu koristiti za zaklon i kretanje. Drugi otvori namijenjeni su vrstama koje žive na morskom dnu, dok su hrapave površine i teksture nastale postupkom 3D printanja osmišljene kako bi olakšale naseljavanje bentoskih organizama.

Modularni pristup omogućuje i povezivanje pojedinačnih elemenata u veće strukture, čime se potencijalno povećava složenost staništa. Ono što ovaj pristup čini posebno zanimljivim iz arhitektonske perspektive jest odnos između oblika i funkcije. Oblik grebena nije određen isključivo konstrukcijskim ili estetskim razmatranjima. Umjesto toga, njegova se geometrija razvija polazeći od ekoloških ciljeva. Veličina otvora, raspored unutarnjih prostora, tekstura površina i veze između modula postaju projektantske odluke s potencijalnim biološkim posljedicama.

U mnogočemu to podsjeća na načela projektiranja usmjerenog na korisnika koja primjenjujemo u arhitekturi i urbanističkom planiranju. Najprije moramo razumjeti tko će koristiti prostor, kakvi su mu uvjeti potrebni i kako fizički okoliš može odgovoriti na te potrebe.Važna je razlika u tome što su u ovom slučaju korisnici ribe, beskralježnjaci, alge i drugi morski organizmi.

Naravno, stvaranje složene strukture ne jamči ekološki uspjeh. Prikladnost određenog rješenja ovisi o prisutnim vrstama, lokalnim okolišnim uvjetima i predviđenoj funkciji grebena. Ipak, koncept MER pokazuje kako se ekološka znanja mogu pretočiti u fizički oblik.

Od čega bi umjetni greben trebao biti izrađen?

Geometrija je samo jedan dio izazova. Jednako je važan i odabir materijala. Umjetni grebeni moraju ostati konstrukcijski stabilni u zahtjevnim morskim uvjetima, a istodobno pružati površine prikladne za biološku kolonizaciju. Materijali od kojih su izrađeni također dolaze u izravan kontakt s morskom vodom, zbog čega su kemijska kompatibilnost i mogući utjecaji na okoliš iznimno važni.

Tijekom programa RestReef predstavljena su istraživanja cementnih materijala i mogućnosti korištenja različitih mineralnih, organskih i otpadnih sastojaka u proizvodnji umjetnih grebena. Među istraživanim materijalima bili su vapnenac, dolomitni pijesak, ljušture dagnji, opečna prašina, leteći pepeo, metakaolin i pepeo rižinih ljuski. Ti su sastojci zanimljivi iz nekoliko razloga. Neki mogu utjecati na fizička i kemijska svojstva dobivenog morta, dok drugi otvaraju mogućnosti istraživanja alternativnih sirovina ili nusproizvoda industrijskog i biološkog podrijetla. Primjerice, ljušture dagnji predstavljaju biološki materijal bogat kalcijevim karbonatom, dok se opečna prašina i određeni industrijski nusproizvodi mogu istraživati kao sastojci alternativnih cementnih mješavina.

Iz perspektive kružnog gospodarstva to otvara zanimljivu mogućnost: mogu li materijali koji bi se inače smatrali otpadom postati korisne komponente struktura namijenjenih podršci morskim ekosustavima? Međutim, odgovor nije tako jednostavan kao što se na prvi pogled može činiti. Korištenje recikliranih materijala ili materijala dobivenih iz otpada ne znači automatski da je umjetni greben okolišno održiv. Predstavljena istraživanja uključivala su ispitivanje utjecaja različitih formulacija morta na parametre morske vode i rast koralja, naglašavajući važnost procjene sastava materijala umjesto pretpostavke da se sve strukture na bazi cementa ponašaju jednako.

Kako 3D printanje mijenja proces projektiranja

Jedna od najperspektivnijih značajki aditivne proizvodnje njezina je sposobnost izrade složenih geometrijskih oblika koje bi konvencionalnim tehnikama bilo teško ili skupo proizvesti. U aditivnoj proizvodnji objekti nastaju nanošenjem ili oblikovanjem materijala prema digitalnom modelu, najčešće sloj po sloj. Kod umjetnih grebena to otvara mogućnosti integriranja nepravilnih površina, međusobno povezanih šupljina, otvora različitih veličina i složenih unutarnjih struktura u jedinstveno projektno rješenje.

Tijekom programa RestReef predstavljeno je nekoliko pristupa, uključujući korištenje 3D printanih plastičnih modela za izradu silikonskih kalupa kojima se proizvode eksperimentalne podloge, kao i izravno 3D printanje cementnih materijala postupkom ekstruzije. Ti pristupi mogu imati različite namjene. Male eksperimentalne podloge omogućuju istraživačima ispitivanje načina na koji organizmi reagiraju na različite teksture površina i sastave materijala u kontroliranim uvjetima. Veće strukture i modularni elementi mogu se razvijati radi istraživanja složenijih stanišnih rješenja i mogućnosti njihove primjene u morskom okolišu.

Digitalno projektirana struktura može izgledati obećavajuće, ali istodobno mora biti izvediva za proizvodnju, mehanički stabilna i prikladna za okoliš kojem je namijenjena. Projektiranje umjetnih grebena stoga zahtijeva usklađivanje ekoloških potreba s inženjerskim ograničenjima, proizvodnim mogućnostima i okolišnim zahtjevima.

Od prikladnih površina do živih zajednica

Čak je i najpažljivije projektiran umjetni greben u početku samo fizička struktura. Njegova se ekološka funkcija razvija kroz interakcije s morskim organizmima i okolnim okolišem. Proces biološke kolonizacije može započeti mikroorganizmima i stvaranjem biofilmova, nakon čega slijede alge i drugi organizmi sposobni pričvrstiti se na čvrste površine. S vremenom biološka zajednica koja se razvija može pružiti dodatna staništa i izvore hrane drugim vrstama. Međutim, slijed i uspješnost kolonizacije ovise o lokalnim uvjetima, uključujući strujanje vode, svjetlost, temperaturu, taloženje sedimenta i dostupnost organizama koji se mogu naseliti na strukturu.

Edukacija RestReef obuhvatila je i razmnožavanje koralja, čime je otvorena još jedna važna dimenzija obnove morskih ekosustava: biološki procesi potrebni za uspostavljanje i održavanje živih organizama. Sudionici su učili o fragmentaciji koralja, tehnici kojom se dijelovi zdravih matičnih kolonija odvajaju i uzgajaju u kontroliranim uvjetima. Predavanje je obuhvatilo važnost odabira zdravih kolonija, pripreme i pričvršćivanja fragmenata, oporavka tkiva te održavanja odgovarajućih uvjeta za rast.

Iako je ova edukacija bila prvenstveno usmjerena na razmnožavanje koralja u akvarijskim uvjetima, dodatno je naglasila važno načelo relevantno za ekološku obnovu: osiguravanje prikladne podloge nije dovoljno ako ne postoje biološki uvjeti potrebni za preživljavanje organizama. Otvorila je i pitanja odgovornog prikupljanja organizama, njihova dugoročnog preživljavanja te okolišnih posljedica uzimanja organizama iz prirodnih ekosustava.

Što arhitektura i urbanističko planiranje mogu naučiti od obnove morskih ekosustava?

Za ERKON, jedan od najvrjednijih aspekata iskustva RestReef bilo je otkrivanje koliko su izazovi projektiranja umjetnih grebena slični onima s kojima se susrećemo u arhitekturi, urbanističkom planiranju i održivom razvoju. I u kopnenom i u morskom okolišu proces projektiranja započinje razumijevanjem postojećeg sustava. Potrebno je prepoznati njegove karakteristike, razumjeti potrebe njegovih stanovnika, odnose između različitih elemenata i moguće posljedice uvođenja novih struktura.

U urbanističkom planiranju možemo oblikovati javne prostore koji potiču društvenu interakciju, pristupačnost, bioraznolikost i otpornost na klimatske promjene. U obnovi morskih ekosustava projektanti mogu stvarati strukture namijenjene podršci biološkoj kolonizaciji, pružanju zaklona i funkcioniranju ekosustava. Mjerila i korisnici su različiti, ali temeljna projektantska pitanja iznenađujuće su slična.Postoje i snažne poveznice s načelima kružnog gospodarstva, interdisciplinarnom suradnjom i projektiranjem temeljenim na dokazima.

Možda je najvažnije to što nas oba područja podsjećaju da intervenciju nikada ne bismo trebali vrednovati isključivo prema njezinu izgledu, tehnološkoj sofisticiranosti ili početnoj provedbi. Njezina stvarna vrijednost ovisi o tome kako tijekom vremena funkcionira unutar šireg okoliša.

Učiti projektirati u skladu s prirodom

Sudjelovanje u programu RestReef pružilo nam je priliku istražiti novo područje i otkriti poveznice između morske ekologije, arhitekture, znanosti o materijalima i okolišnih inovacija. Olupina broda Primavera ponudila je stvarni primjer kako postojeća struktura koju je stvorio čovjek može pružiti stanište slično grebenu. Istraživanja aditivne proizvodnje pokazala su kako se slične fizičke karakteristike mogu namjerno ugraditi u projektiranje umjetnih grebena.

Istraživanje alternativnih cementnih materijala pokazalo je da čak i sastav strukture može postati dio procesa ekološkog projektiranja, dok nas je edukacija o razmnožavanju koralja podsjetila da biološka obnova ovisi o mnogo više čimbenika od samog stvaranja prikladnog fizičkog prostora.

Dobro projektiranje ne znači samo stvaranje struktura. Ono podrazumijeva razumijevanje odnosa između tih struktura, njihovih korisnika i sustava u kojima postoje. Za tvrtku koja djeluje na sjecištu arhitekture, održivog razvoja i obrazovanja, to je vrijedna perspektiva koju donosimo iz podmorja. Možda je to ujedno i podsjetnik da inovacija ne znači uvijek izmišljanje nečega potpuno novog. Ponekad započinje promatranjem načina na koji priroda koristi strukture koje već postoje u njezinu okolišu, razumijevanjem zašto određeni oblici i materijali funkcioniraju te svjesnijom primjenom tog znanja.

Bilo da projektiramo javni prostor, razvijamo održivu zgradu ili oblikujemo umjetni greben, izazov je u konačnici isti: projektirati intervencije koje neće samo zauzimati prostor, nego će pozitivno pridonositi okolišu čijim dijelom postaju.