Na een proof-of-principle pilot in de Nieuwe Waterweg, onderzoek in het golfslaglab van Deltares en wiskundige nabootsing van hersenkoraal kan de Delftse scale-up Reefy een volgende stap gaan zetten in haar ontwikkeling van waterdoorlaatbare golfbrekers met dubbelfunctie: golven breken en tegelijkertijd aquatische biodiversiteit herstellen. Een tweede generatie ‘ReefBlocks’ die in beide functies beter zou moeten zijn dan de vorige, gaat vanaf dit najaar het water in, voor een visvriendelijke dam in Limburg en het voorkomen van kusterosie langs Mexicaanse stranden.
Een golfbreker klinkt misschien niet als de meest rustige plek om te vertoeven als vis of krabbetje, en toch is deze dubbelfunctie juist het handelsmerk van de betonnen golfbrekers van Reefy, een scale-up van waterbouwkundige Jaime Ascencio en marien bioloog Leon Haines. Met een pilot in de Nieuwe Waterweg heeft het bedrijf aangetoond dat de stapelbare ‘Legoblokken’ met een gewicht van 6 ton simultaan als golfbreker en rustige habitat voor vissen, schelpdieren en waterplanten kunnen fungeren. Met Deltares en de TU Delft verbeterde het bedrijf in de tussentijd het ontwerp van de blokken, die nu klaar zijn voor permanentere toepassingen in binnen- en buitenland.
Pilot in de Nieuwe Waterweg
Met de eerste generatie ReefBlocks bouwde Reefy begin 2023 in samenwerking met Rijkswaterstaat, de gemeente Rotterdam en Boskalis een klein testrif van zo’n 25 bij 3 meter in de Nieuwe Waterweg, bij Landtong Rozenburg. Bij de landtong worden natuurlijke oevers aangelegd, en om deze tegen scheepsgolven te beschermen waren de partijen op zoek naar golfdempende en natuurherstellende structuren voor aanleg van een vooroever.
Na een tweejarige pilot kon dit voorjaar geconcludeerd worden dat de ReefBlocks tot dusver doen wat ze moeten doen: oevererosie voorkomen en een habitat bieden aan vissen, krabben, garnalen, schelpdieren en algen. Wat standvastigheid betreft bleek de rifformatie bestand tegen zware stormen zoals zomerstorm Poly (juli 2023), waarbij windkrachten tot schaal 11 werden gemeten. De blokken zijn nu officieel overgenomen door Rijkswaterstaat, voor wie het kunstmatig rif een maatregel is in het kader van de Kaderrichtlijn Water (KRW).
De \'Rotterdam Reef\' pilot in de Nieuwe Waterweg | Foto: Reefy
Bestand tegen orkanen
Samen met Deltares onderzocht Reefy ondertussen hoe het waterkerend vermogen van het concept verder kon worden versterkt, door de grootte van de doorgangen en de koppeling tussen blokken te optimaliseren. Het verbeterde ontwerp werd op verschillende ondergronden getest in de Scheldegoot van Deltares, een 110 meter lange glazen bak waarin golven en stromingen kunnen worden nagebootst om te onderzoeken hoe constructies zich onder verschillende golfkrachten en stromingen gedragen.
Hieruit bleek dat de ReefBlocks bestand zijn tegen de golfkracht die zou ontstaan bij een orkaan en zelfs onder die omstandigheden 90 procent van de golfkracht kunnen wegnemen. “Een student die bij ons voor zijn afstudeerstage onderzocht wanneer het systeem zou falen, kreeg zijn onderzoeksvraag zelfs ‘niet beantwoord’ doordat de modelblokken niet in beweging te krijgen waren met de grootste golven die we konden creëren”, vertelt Leon Haines.
Het golfdempend vermogen komt ongeveer overeen met dat van klassieke, massieve golfbrekers, en de metingen in de Scheldegoot laten zien dat dit niet ondánks de waterdoorlaatbaarheid van de ReefBlocks is, maar juist (mede) dankzij de openingen, die een golf in verschillende richtingen opdelen en aldoende verzwakken. Een massief blok is kortom niet per se waterkerender dan een waterdoorlatend blok, en dat biedt mogelijkheden voor de dubbelfunctie van het ReefBlock-concept.
Luwtes in de blokken, tussen de blokken en tussen rif en kust
Diezelfde tunneltjes kunnen namelijk – zonder verlies van waterkerend vermogen dus – een luwe omgeving bieden waar vissen en andere mariene soorten kunnen schuilen, paaien en foerageren, en waar waterplanten zich kunnen vestigen. Om de aanhechtingskans voor planten en macrofauna te vergroten zijn de blokken voorzien van een ruw oppervlak. In de pilot in de Nieuwe Waterweg werd waargenomen dat aan de zijden waar golven op slaan vooral soorten groeien die zich stevig kunnen vasthouden, zoals mosselen en zeepokken. Aan de luwere zijde hechten zich onder meer algen en oesters. Ook de holtes tussen verschillende ReefBlocks vormen luwtes waar geschuild kan worden.
Door de remming van golven ontstaat verder niet alleen binnen en tussen de blokken, maar ook tussen de rifkam en kustlijn (of rivieroever) een beschutte zone, waar (CO2-vastleggende) ecosystemen zoals zeegrasvelden, kwelders en mangrovebossen kans krijgen zich te ontwikkelen, zo is het idee.
De verschillende functies die ReefBlocks kunnen dienen: golfbreking, vergroting van biodiversiteit, verbetering van waterkwaliteit en ecosysteemherstel | Beeld: Reefy
Geïnspireerd door hersenkoraal en Alan Turing
Terwijl de Rotterdamse pilot liep onderzocht Reefy ook hoe de aanhechtingsmogelijkheden voor aquatische organismen verder konden worden verbeterd. Geïnspireerd door de heterogene patronen van hersenkoraalriffen ontstond de wens om de geribbelde structuur van deze koralen natuurgetrouw te imiteren. Hoe de natuur in staat is om complexe, asymmetrische patronen als deze te vormen – niet beperkt tot koraal maar variërend van vingerafdrukken tot Romanesco broccoli – had in de jaren ’50 ook de interesse van Alan Turing, de Engelse wiskundige die het fundament voor de moderne computer en kunstmatige intelligentie heeft gelegd.
Geïntrigeerd door hoe organismen hun vorm ontwikkelen, probeerde Turing de totstandkoming (morfogenese) van zulke patronen (later Turing patterns genoemd) te vervatten in mathematische vergelijkingen en slaagde daarin. De formules die hij toen ontwikkelde kon Reefy nu in samenwerking met de TU Delft gebruiken om in de ReefBlocks een koraalreliëf te ‘stansen’ met speciaal ontwikkelde mallen die aan de bekisting worden toegevoegd.
De hersenkoraalstructuur die met behulp van formules van Alan Turing in de tweede generatie ReefBlocks is aangebracht | Foto: Reefy
Blancoproeven met gladde referentie-oppervlakken lieten zien dat de imitatie van hersenkoraal voor een verdrievoudiging van de biodiversiteit (bepaald aan de hand van Simpson\'s biodiversiteitsindex) en vervijfvoudiging in soortenrijkdom van aangehechte organismen kan zorgen. Vergelijkende experimenten met massieve golfbrekers (‘riprap rock’) laten daarnaast zien dat zich op de vernieuwde ReefBlocks met koraalreliëf een twee keer zo grote biodiversiteit vestigt als op stortsteen.
Limburg en Mexico
Op basis van de proof-of-principle ervaring van de \'Rotterdam Reef\' pilot en de tussentijds gemaakte ontwerpverbeteringen, heeft Reefy een nieuwe generatie ReefBlocks geproduceerd. In samenwerking met Waterschap Limburg gaan deze in oktober voor het eerst toegepast worden, in de vorm van een ‘visvriendelijke’ waterkerende dam, als onderdeel van de dijkversterking bij Buggenum. Door de doorlaatbaarheid van de ReefBlocks moet deze dam (wederom een maatregel in het kader van de KRW) passeerbaar worden voor trekvissen zoals de steur en paling.
Ook gaat met de nieuwe ReefBlocks in 2026 een natuurinclusieve golfbreker worden gebouwd voor de kust van Quintana Roo, een regio op het Mexicaanse schiereiland Yucatán. Zowel stranden als mariene habitats ondervinden daar schade door sterke golfslag. In dit project kan onderzocht worden wat de effectiviteit van de nieuwe generatie ReefBlocks is voor kustbescherming en ecosysteemherstel op grotere schaal en in een tropisch marien klimaat.
Deze internationale samenwerking is mede gefinancierd door Partners for Water, een subsidieprogramma van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland gericht op het aangaan van langetermijnbetrekkingen voor het verbeteren van (buitenlandse) waterveiligheid met Nederlandse waterbouwkennis. Het programma is een initiatief van de ministeries van Infrastructuur en Waterstaat, Buitenlandse Zaken, Economische Zaken, Klimaat en Groene Groei, en Landbouw, Visserij, Voedselzekerheid en Natuur.
Gerecycled beton
Gebouwd vóór en geïnspireerd door de natuur zijn de ReefBlocks zeker, maar het is wel bouwen met beton, een materiaal dat niet bekend staat om zijn kleine CO2-voetafdruk. Komt er in de toekomst een derde generatie ReefBlocks, gemaakt van materialen met eenzelfde sterkte maar kleinere voetafdruk? “De huidige ReefBlocks zijn al gemaakt van gerecycled CEM III beton en betonpuingranulaat dat zowel duurzamer is als beter voor het onderwaterleven, ten opzichte van nieuw beton”, vertelt Haines. “Omdat we bovendien steile blokformaties kunnen bouwen en de blokken veel holle ruimte bevatten, kunnen we tot 60 procent materiaal besparen ten opzichte van dammen of golfbrekers van stortsteen, en 11 tot 36 procent beton besparen ten opzichte van andere betonnen golfbrekers in de markt.”
“We zijn continu op zoek naar hoe we dit verder kunnen verduurzamen met het oog op de CO2-uitstoot en milieukostenindex, en produceren de blokken zo dicht mogelijk bij de locatie waar ze gebruikt gaan worden”, aldus Haines. “De riffen kunnen bovendien bijdragen aan de ontwikkeling van CO2-vastleggende ecosystemen, waardoor projecten netto negatief in uitstoot kunnen worden over de jaren heen.”
LEES OOK
H2O Actueel: Praktijkproef met innovatieve rivierkrib smaakt naar meer
H2O Techniek: Rijkswaterstaat start langdurige test met klimaatvriendelijk beton in IJmuiden
Water Matters: Oevererosie remmen met door de natuur geïnspireerde adaptieve ontwerpen
