防污材料帮助海洋工程设备清除污垢。
R&D团队注意到,一些海洋生物的体表没有附着污损生物,因为它们分泌一些特殊物质受此启发,他们还采用仿生学原理,以以污治污的方法,将海洋天然产物基防污剂引入动态表面防污体系,使其缓慢可控地释放到海洋中,实现了取之于海洋,用之于海洋的全新理念
你可能想不到,在浩瀚的大海中,有大量的海洋污损生物伴伴随着船只,附着在船底自由遨游可是,它们带来的危害不可低估据统计,全球每年因海洋生物污损造成的直接经济损失高达500多亿美元
海洋污染防治作为全球性问题,涉及能源,环境,国防等重大国家需求可是,海洋防污材料的研发技术难度极大,被称为海洋材料领域的桂冠级难题华南理工大学教授张光照在世界上第一个提出了动态表面防污战略,开辟了海洋防污的新途径
动态表面防污材料犹如可靠的‘防护服’,可以保护我国海洋装备免受污损生物的附着和侵蚀,为装备的高效运行和长期服役提供关键技术保障团队成员马教授说不久前,这项技术成果获得了2021年广东省科学技术奖技术发明奖一等奖
防污材料过去来自外国公司。
海洋生物污损是指海洋微生物,动物和植物在船体等设备表面吸附,生长和繁殖形成的生物污损根据马的说法,一艘满是海洋污垢的船每平方米重量增加了80公斤会增加船舶的航行阻力,降低航速,堵塞核电站和火力发电厂的冷却水管道,阻碍波浪发电和潮汐发电设备的正常运行,甚至会堵塞海水养殖网箱的网眼,导致鱼虾大面积死亡
全世界一直致力于解决海洋生物的污损问题为什么海洋防污材料很难开发马冯春指出,全球不同海域的温度和盐度不同,适用于某些海域的涂料不一定适用于其他海域而且海洋生物种类繁多,超过4000种用一种材料控制所有海洋生物就更难了
我国海域面积近300万平方公里,海岸线3.2万公里,进出口货运总量的90%是通过海上进行的伴随着我国海洋事业的不断发展,不仅是航空母舰,各种深海设备,远洋船舶,海上风电都面临着海洋污染防治的问题可是,中国在这一领域的技术发展并不理想此前,中国造船业95%的防污漆市场被外国公司占据
2003年,该项目的第一完成人张光照将注意力集中在海洋污染防治研究上然后在国家两大科研项目的支持下,带领团队攻关动态表面海洋防污材料及配套保护技术
实验室里防污效果好的材料,一旦到了海洋里就不行了直到2012年,我们才开始在技术研究上取得突破性进展2013—2016年间,相关技术理论和成果初具规模,进入实际应用和成果转化阶段马说,这项研究已经进行了近20年
首次提出了动态表面防污策略。
在我们进入这个领域之前,已经有了大量的基础探索工作坦白说,一开始我们想走捷径,跟踪国外抗蛋白吸附材料的工作海洋污垢的形成始于蛋白质,糖蛋白等的吸附,而能抗蛋白质的材料应该也能抗污,理论上是可行的张昭说从2006年开始,他们陆续制备了一系列抗蛋白质吸附和力学性能优异的聚氨酯材料,并进行了多年的海洋实验可是,人们发现,能够抵抗蛋白质吸附并不等同于能够预防和控制海洋污染
抗蛋白吸附材料本身确实具有抵抗污损生物附着的能力,但不具备长效性,尤其是在一些两个月就失去防污能力的重度污损海域自得出这一结论以来,五年已经过去了马叹了口气
痛定思痛,他们只能另辟蹊径当时他们注意到,船舶上的积垢主要是靠泊时形成的,航行时积垢不多联想到流水不腐,一户不适合一户的古话也有类似的意思,他们在国际上首次创新性地提出了动态表面的方法,有效应对静态防污
当船只和海洋设备处于静止状态时,让材料表面自己‘移动’,使海洋生物难以附着这就是‘以行动治静电’的‘动态表面防污’策略如何实现我们也在摸索前进马告诉记者,该团队一直从事高分子化学和物理学,自然想到了生物降解聚合物,其降解可以形成动态表面当然,生物降解聚合物也会降低涂层的寿命
沿着这个方向,他们通过优化材料的设计,解决了防污效率和使用寿命之间的矛盾同时,他们注意到一些海洋生物的体表不会被污损生物附着,因为它们会分泌一些特殊的物质受此启发,他们还采用仿生学原理,以以污治污的方法,将海洋天然产物基防污剂引入动态表面防污体系,使其缓慢可控地释放到海洋中,实现了取之于海洋,用之于海洋的全新理念
我们的材料可降解成无毒小分子,不产生海洋微塑料,更加环保,防污期已超过7年。马对说:
基于这一策略,他们还开发了一系列具有自主知识产权的高性能防污材料,从最初的主链降解型到主链降解—侧链水解型,再到最新一代的超支化双溶液聚合物,并开发了配套的连接材料和保护技术目前,已有30多项中外发明专利获得动态表面防污技术授权,打破了国外对海洋防污技术的垄断,促进了我国海洋防污技术的发展
防污效果优于国外材料。
2016年,他们成功完成了动态表面防污材料的扩产,正式拉开了其产业化的序幕,并已应用于民用船舶,南海波浪发电平台,海洋牧场,海底探测器等设备与国际上最先进的自抛光防污涂料相比,动态表面防污材料的静态防污效果和防污周期效果更为优越最近,这项技术还被应用到了世界上第一个商用潜艇数据中心,该数据中心即将下水
一路走来,让马印象最深的是,项目的研究周期长,投入大,产出慢,没有各方面持续有力的支持,很难成功。
当时抗蛋白吸附防污材料研发出来后,我在实验室用了3周,验证了一个很好的效果我非常兴奋,觉得技术问题就要解决了但是经过两个月的海洋实验,发现效果并不理想我还记得那次挫败感马笑着回忆道
他特别提到推广新技术的困难现在市场上成熟的海洋防污技术基本掌握在国外企业手中要想从他们那里‘抢’市场,关键是先证明我们的技术过硬优秀的标准是什么没有标准,唯一的办法就是实海探测马在推广中见过多次只要他开口说这个技术很好,对方马上回复,那就考一考吧
这个考验,两三年过去了由于海洋防污材料的作用,需要到海洋中进行检验,检验周期长,对成本和人力都是很大的考验马呼吁国家对新产品的推广要有政策支持,让更多国内自主研发的产品技术能更快应用
动态表面防污技术从实验室走向产业化,离不开产学研的密切合作华工有自己的产业化平台,通过这个平台我们可以做出一些特定应用领域的材料此外,我们与下游涂料公司合作,共同推进技术产业化马介绍参与这个获奖项目的有三家材料公司
海洋工程装备是开发,利用和保护海洋的前提和基础马透露,未来他们还将拓展动态表面防污材料体系,构建不同类型的动态表面,如开发能适应环境变化的智能防污材料,进一步加快科研成果转化,继续服务于我国海洋强国建设