來源:材料科學與工程
一項世界級的材料難題被廣州的科學家們所攻破!
記者了解到,經過近二十年的不懈鉆研,來自華南理工大學的科研團隊在海洋防污材料領域取得了重大進展:新型海洋防污材料為我國船舶、海洋裝備提供了亟需的“防護服”,并且打破了長期以來國外在該領域的技術、產品上的壟斷。這一技術成果獲得了2021年度廣東省科學技術獎技術發明獎一等獎。
課題緣起:“瓦良格號”的到達
回到20年前,當時,歷經將近三年的艱難跋涉,我國購買的航空母艦瓦良格號,終于抵達了大連港。此時的瓦良格號,卻因為長期缺少維護,艦艏下方布滿了暗紅色的污垢,整個船身顯得很陳舊。
隨著瓦良格號的抵達,揭開了我國航母事業的序幕,但是那些暗紅色的污垢,卻是一項亟待攻關的技術難題——海洋防污。瓦良格號船體上的那些暗紅色污垢,除了鐵銹之外,更多的是各色海洋生物,藤壺、管蟲、苔蘚蟲、貽貝等,以及細菌和硅藻之類的微生物。
原來,航行在海洋中的船舶、海面上作業的海洋裝備,都會面臨一個共同難題:海洋生物污損。它是指海洋微生物、動物和植物在船體等設備表面吸附、生長和繁殖所形成的生物垢,不僅會增大船舶航行阻力,增加其能耗和二氧化碳排放;還會堵塞核電站、熱電站的冷卻水管路,降低其冷熱交換效率,阻礙波浪能發電、潮汐發電等裝備的正常運轉;此外,它還會堵塞海水養殖網箱的網孔,導致大面積魚蝦死亡,降低海洋養殖產能等。
隨著我國海洋事業的不斷推進,不止是航母,各類深海裝備、遠洋船舶、海上風電等,都要面臨著海洋防污的問題。
2003年,項目第一完成人張廣照教授把目光投向海洋防污研究。隨后在兩個國家重大科學研究計劃的支持下,他帶領團隊踏上“動態表面海洋防污材料及配套防護技術”的課題攻關之路。
直至2012年,項目組在技術攻關上才開始取得突破性的進展。2013年至2016年之間,相關技術理論及成果開始正式形成,并且邁入了實用及成果轉化的階段。
回顧這段歷程,項目組負責人張廣照說,相比起海洋防腐技術,海洋防污技術的研發周期非常漫長。海洋防腐所面對的是海水或大氣等腐蝕環境,可以在實驗室中對相關材料進行模擬測試,而海洋防污材料的測試,必須“實船實驗”,成本、人力投入都極其巨大。
課題難度:要應對極其復雜的海洋環境
被稱為材料界的“桂冠”級難題,要研發海洋防污材料的技術難度究竟有多大?
此前,我國造船行業所使用的均為國外的技術產品,國內95%的市場均為國外所占據。
項目主要完成人,華南理工大學教授馬春風介紹說,海洋防污技術首先所面臨的是極其復雜的海洋環境,不同的海域有著不同的溫度、鹽度以及海洋生物種類,適用于某些海域的涂料,并不能保證適用于其他海域。此前,我國曾經引進了俄羅斯的防污技術,但是由于俄羅斯的船舶長期處于冷水海域,其面臨的生物污損問題并不嚴重,而我國的東海、南海海域水溫較高,俄羅斯的技術并不能針對性地加以解決。
此外,海洋中,各種可能對船舶、裝備進行粘附的微生物、動物、植物種類超過了四千種,也很難有一種涂料,能夠有效地阻止所有的海洋生物。