Prosjektnummer
Kartlegging av metallfragmenter i produksjon av atlantisk laks på land og betydningen for fiskehelsen (AquaMetal)
I landbasert akvakulturanlegg transporteres vannet gjennom et omfattende nettverk av pumper, ventiler, rør og reguleringsutstyr, hovedsakelig fremstilt av rustfritt stål, messing, bronse og andre metallegeringer. Til tross for høy mekanisk styrke og korrosjonsbestandighet utsettes disse komponentene kontinuerlig for mekanisk slitasje, hydrauliske belastninger, kavitasjon og korrosive vannmiljøer, særlig i forbindelse med drift i sjøvann. Dette kan føre til materialnedbrytning og frigjøring av uorganiske partikler og metallfragmenter (MF) til vannet (Vyas & Hansson, 1990; Brownlie et al., 2021). Til forskjell fra organiske partikler er forekomst, opprinnelse og biologisk betydning av slike fragmenter i akvakultur i stor grad ukjent.
Etter observasjoner av unormal fiskeatferd og «bløte fileter» i et kommersielt landbasert anlegg gjennomførte Nofima en omfattende undersøkelse av fiskens organer. Analysene avdekket skarpe metallfragmenter (50–100 µm) i gjellevev. Elementanalyser viste innhold av Al, Cr, Fe, Mn, Ni og Zn, noe som indikerer at fragmentene trolig stammer fra metallegeringer brukt i teknisk utstyr. Funnene reiser en ny problemstilling: Kan metallfragmenter fra tekniske installasjoner representere en belastningsfaktor som påvirker gjellefunksjon, fiskehelse, velferd og produktkvalitet?
Det finnes i dag svært begrenset kunnskap om hvor utbredt slike fragmenter er, hvilke komponenter de stammer fra, hvilke mekanismer som fører til fragmentdannelse, og hvordan de transporteres og akkumuleres i landbasert akvakultursystemer i Norge. Det er også uklart om fragmentenes størrelse, form og kjemiske sammensetning påvirker deres evne til å skade biologisk vev. Denne kunnskapsmangelen gjør det vanskelig å vurdere risiko og utvikle effektive forebyggende tiltak.
AquaMetal skal fylle disse kunnskapshullene gjennom å besvare følgende forskningsspørsmål: (1) Hvor utbredt er metallfragmenter i norske landbaserte oppdrettsanlegg? (2) Hva er den kjemiske sammensetningen og morfologien til metallfragmentene (MF) som finnes i akvakulturanlegg i Norge? (3) Hvilke materialer, komponenter og nedbrytningsprosesser er de viktigste kildene til fragmentene? (4) Hvilke konsekvenser har eksponering for fiskehelse, velferd og produktkvalitet? (5) Hvordan kan dannelse og frigjøring av MFs forebygges eller reduseres? For å besvare disse spørsmålene vil prosjektet utvikle og validere sensitive metoder for påvisning og karakterisering av metallfragmenter i vann, slam og biologisk vev, og kombinere materialteknologi, vannkjemi og fiskehelseforskning for å etablere et vitenskapelig grunnlag for risikovurdering og målrettede tiltak.
Å kartlegge omfanget av metallfragmenter (MF) og deres opprinnelse i utvalgte landbaserte akvakultursystemer i Norge.
Delmål
Å karakterisere morfologi og kjemisk sammensetning av metallfragmenter i utvalgte landbaserte akvakultursystemer i Norge.
Å undersøke potensielle effekter av metallfragmenter på fiskehelse, fiskevelferd og produksjon.
Å identifisere kilder til metallfragmenter og foreslå tiltak for å redusere forekomst og risiko i landbaserte akvakultursystemer i Norge.
AquaMetal vil bidra til bedre fiskehelse, fiskevelferd og produksjonsytelse ved å identifisere og redusere eksponering for metallfragmenter (MF) i landbaserte akvakultursystemer. Redusert forekomst av metallfragmenter forventes også å forbedre produktkvaliteten, ettersom fragmenter og deres sekundære effekter kan påvirke filetkvaliteten negativt. Ved å knytte driftsforhold, systemutforming og materialegenskaper til dannelse og spredning av metallfragmenter, vil prosjektet identifisere årsaker til slitasje og materialnedbrytning. Dette gir grunnlag for målrettede tiltak som forlenger levetiden til tekniske komponenter, øker driftssikkerheten og opprettholder optimal systemfunksjon.
Prosjektet vil utvikle kunnskap som forbedrer materialvalg, utforming, drift og vedlikehold av teknisk utstyr, og dermed redusere dannelse og utslipp av metallfragmenter fra pumper, ventiler og annen prosessinfrastruktur. Dette vil forlenge levetiden til utstyr, redusere behovet for utskifting og materialforbruk, og bidra til en mer sirkulær og ressurseffektiv havbruksnæring.
Prosjektets langsiktige gevinster vil være betydelig større enn det begrensede miljøavtrykket. Ved å identifisere kilder til metallfragmenter og utvikle effektive forebyggende tiltak vil AquaMetal bidra til bedre fiskevelferd, lengre levetid for teknisk utstyr, redusert materialforbruk og mindre utslipp av uorganiske partikler til akvakultursystemer og miljøet, og dermed støtte en mer bærekraftig landbasert akvakultur.
Prosjektet er et samarbeid mellom NIVA, Nofima, SINTEF AS, SINTEF Narvik og næringspartnerne Bue Salmon, Mowi, Salmon Evolution, Salten Smolt og Ænes Inkubator. Konsortiet samler komplementær kompetanse innen akvakultur, vannkvalitet, vannbehandling, fiskehelse, materialteknologi og risikovurdering.
NIVA leder prosjektet og bidrar med ekspertise innen vannkvalitet, vannbehandling, partikkelkarakterisering og metallers samspill med vannkjemi i akvakultursystemer. Prosjektleder Dr. Paulo Mira Fernandes har omfattende erfaring med vannkvalitet og partikkeldynamikk i resirkulerende akvakultursystemer (RAS). NIVA bidrar også med kompetanse innen mikrobiell økologi, biogeokjemi, akvatisk kjemi og prosjektadministrasjon.
Nofima tilfører ledende kompetanse innen fiskehelse, produksjonsbiologi og molekylære analyser. Arbeidet omfatter undersøkelser av gjelleskader, slimhinneimmunitet, funksjonell genomikk og biologiske effekter av metallfragmenter.
SINTEF og SINTEF Narvik bidrar med ekspertise innen materialteknologi, korrosjon, elektronmikroskopi, karakterisering av mikro- og nanopartikler, ekstraksjon av metallfragmenter og systematisk risikovurdering. Kompetansen brukes til å identifisere fragmentenes opprinnelse, beskrive nedbrytningsmekanismer og utvikle forebyggende tiltak.
Næringspartnerne representerer et bredt spekter av produksjonssystemer, fra ferskvanns- til sjøvannsbaserte anlegg, inkludert RAS, gjennomstrømnings- og hybride systemer. Deres deltakelse sikrer tilgang til relevante forsøkslokaliteter, forankring i næringens behov og rask implementering av prosjektets resultater.
Arbeidspakker
Arbeidspakke 1: Kartlegging og ekstraksjon av metallkomponenter i akvakultur
Ansvarlig: Nga Dang (Sintef Narvik)
Aktivitetsbeskrivelse
Arbeidspakken skal identifisere hvor og hvordan metallfragmenter dannes i landbaserte oppdrettsanlegg. Gjennom spørreundersøkelser, prøvetaking av gjeller, vann og slam, samt utvikling av standardiserte metoder for ekstraksjon og analyse, skal prosjektet kartlegge forekomst av metallfragmenter og identifisere anlegg med størst risiko. Resultatene danner grunnlaget for videre undersøkelser av fiskehelse og fragmentenes opprinnelse.
Arbeidspakke 2: Effekter av metallfragmenter på fiskehelse og velferd
Ansvarlig: Christian René Karlsen (Nofima)
Aktivitetsbeskrivelse
Denne arbeidspakken skal undersøke sammenhengen mellom metallfragmenter og skader på fisk. Gjelleprøver fra utvalgte anlegg analyseres ved hjelp av histologi, elektronmikroskopi og molekylære metoder for å dokumentere vevsskader, stress- og immunresponser. Arbeidet skal avklare om metallfragmenter representerer en helserisiko og hvilke biologiske effekter de kan forårsake.
Arbeidspakke 3: Karakterisering av MF og kartlegging av potensielle kilder
Ansvarlig: Tanja Pettersen (Sintef Industri)
Aktivitetsbeskrivelse
Metallfragmentene som ekstraheres fra vann, slam og biologisk materiale karakteriseres med avanserte materialtekniske analyser for å bestemme kjemisk sammensetning, struktur og sannsynlig opprinnelse. Resultatene kobles til materialer og komponenter i oppdrettsanleggene for å identifisere de viktigste kildene til fragmentdannelse. Arbeidspakken avsluttes med en risikovurdering og utvikling av anbefalinger for materialvalg, vedlikehold, overvåking og andre forebyggende tiltak.
Funnene skal formidles for å belyse både muligheter og utfordringer, samt for å bidra til en bærekraftig videreutvikling av næringen. Det vil bli etablert en egen AquaMetal prosjekt-side på www.niva.no. To populærvitenskapelige artikler vil bli utarbeidet og publisert i relevante fag- og nyhetsmedier (Kyst.no, Norsk Fiskeoppdrett, iLaks, e.l.). Dersom prosjektet viser at metallfragmenter utgjør en generell utfordring for næringen, vil resultatene publiseres i to vitenskapelige artikler (Aquaculture, Science of the Total Environment, Water Research, Aquacultural Engineering). Resultatene vil også formidles gjennom NIVAs webinarserie og presenteres på nasjonale og internasjonale konferanser (AquaNor, TekSet, HAVBRUK, o.l.). Prosjektet avsluttes med et åpent webinar der de viktigste resultatene presenteres for interessenter fra næringen, forvaltningen og forskningsmiljøene.