跨海大桥的桥墩在海浪中默默“扛压”,港口码头的堤岸日复一日抵御潮汐侵蚀。这些海洋混凝土工程是人类探索海洋的基石,却始终逃不过一个致命难题——海洋腐蚀。传统防腐涂料气味刺鼻又有毒,污染海水还不耐用,用不了几年就得翻新。
桥墩在海浪中默默“扛压”
怎么才能给海洋工程穿上“金钟罩”,又不破坏蔚蓝家园?中国科研人员交出了一个跳出固有框架的答案:让不起眼的牡蛎来当“海洋卫士”,为海洋工程织一件坚不可摧的生物铠甲。
近日,这项技术从全球众多成果中脱颖而出,斩获首届联合国“海洋十年”海洋生态保护修复大赛重大项目,全球仅4个项目获此殊荣。小小的牡蛎,到底藏着怎样的防腐密码?
随着跨海大桥、港口码头越建越多,人类对海洋的开发力度不断加大。这些混凝土工程每年会产生数十亿吨碳排放,还让牡蛎礁等关键海洋生态系统加速退化——要知道,牡蛎礁就像海洋的“肾脏”,能净化水质、保护海岸线,可如今很多地方的“肾脏功能”都快衰竭了。如何破解海洋工程建设与生态保护之间的矛盾,成为亟待解决的难题。
牡蛎礁像海洋的“肾脏”,能净化水质
与其用化学手段硬扛腐蚀,不如找海洋里的“原住民”帮忙,让海洋里的固着生物附着在工程表面,既能靠它们的身体挡住海浪侵蚀,又能修复生态,简直是一举两得。
不过,选“帮手”可不是件容易事。科学家跑遍了黄海、东海、南海的多个海域,开展实地考察和试验,把藤壶、牡蛎、海鞘等常见的固着生物都拉来“海选”。他们逐一鉴定这些生物的种类、生长速度、附着能力,还要看它们对生态的影响,最终牡蛎成功突围。
牡蛎能脱颖而出,全靠它的硬实力:首先,牡蛎喜欢集群生长,成千上万的牡蛎附着在一起,会形成坚固的牡蛎礁,被称为“生态系统工程师”,不仅能净化水质,还能给鱼虾提供栖息地,提升海洋生物多样性;其次,牡蛎的外壳坚硬且附着力极强,一旦附着在混凝土表面,就像焊死在上面一样,能牢牢挡住海浪和海水的侵蚀;更重要的是,牡蛎的生长过程还能修复工程表面的微小裂缝,相当于自带自动修复功能。
确定“人选”后,团队把水泥基材料和海洋生物特性深度融合,首创了基于牡蛎的一体化技术。这个技术彻底改变了过去用混凝土征服海洋的思路,转而让海洋工程变成海洋生命的新发源地,让牡蛎军团真正成为守护工程的“海洋卫士”。
研究发现,要让“生物铠甲”发挥最大防腐效果,牡蛎等固着生物在工程表面的覆盖率必须超过95%——就像给工程穿了一件无缝的“铠甲”,才能把侵蚀挡在外面。可问题是,怎么让牡蛎主动跑到指定的工程表面“安家落户”,还能繁衍生息呢?
“既要给牡蛎建好‘安乐窝’,还要让它们心甘情愿来。”为了解决这个问题,科学家设计了一套“人工诱导+材料设计+功能集成”的全链条方案,相当于给牡蛎准备了“全套安家大礼包”。
第一步是“发邀请函”——科学家研发专用牡蛎诱导剂。精准研究了不同海域优势种牡蛎的附着特性,比如有的海域牡蛎喜欢附着在粗糙表面,有的喜欢特定的化学环境,据此调配出专属诱导剂。把这种诱导剂涂在混凝土表面,就能像磁铁一样,快速吸引海里的牡蛎幼虫过来“落户”。
不同海域牡蛎有不同的附着特性
第二步是“建舒适的家”——定制生态混凝土和附着基。科学家创新性地用粉煤灰、矿渣等工农业固体废弃物做原料,既解决了废弃物污染问题,又能通过调控材料的渗透性,给牡蛎幼虫打造适宜生长的温床。比如,材料表面的孔隙大小刚好适合牡蛎幼虫附着,还能锁住水分和营养,让幼虫顺利长大。
更贴心的是,科学家还考虑到了不同海域的差异。黄海的牡蛎品种和南海的不一样,喜欢的生长环境也不同,于是他们针对各海域的优势种牡蛎,精准调整诱导剂的配方,还定制化设计水泥基材料的表面粗糙度,营造专属的微环境。不管是在风浪大的跨海大桥,还是平静的港口码头,牡蛎军团都能顺利“安家”。
这些突破改变了传统被动防腐的模式,变成了固着生物主动防御——不再是人类费力给工程涂涂料,而是让牡蛎自己主动构建防御体系,而且这套铠甲还能随着牡蛎生长不断增厚,实现自我更新。
这款“生物铠甲”被行业专家评价为“颠覆传统认知的防腐技术”,它的价值远不止于保护工程,更在于给海洋生态加分。过去,海洋工程和生态环境总是对立的——建工程就会破坏生态;而这套技术,让工程和生态实现了共生,工程结构本身还能主动改善生态。
先说说工程效益:当牡蛎覆盖率超过95%时,会形成四重动态防护——牡蛎壳的物理阻挡、生物胶的密封作用、表层孔隙的细化堵塞,还有牡蛎呼吸消耗氧气形成的缺氧环境,能有效阻止海水里的腐蚀性物质接触混凝土。用了这项技术的海洋工程,服役寿命能达到50年以上,比传统防腐技术耐用得多,成本却低了不少。
或许未来,跨海大桥将不再是冰冷的混凝土结构,而是海洋生命乐园
再看生态效益,那更是惊喜满满:牡蛎是滤食性生物,每平方米的类牡蛎礁每天能过滤约100吨海水,能显著降低海水里的悬浮微粒和营养盐,缓解海水富营养化,让海水变得更清澈;类牡蛎礁的三维结构,还成了鱼类的产卵场、蟹类的避难所,能大幅提升海洋生物多样性;同时,牡蛎礁还能消减海浪能量,减少海岸线侵蚀,保护海岸带安全。
更难得的是,这项技术还实现了低碳甚至负碳。团队研发的生态混凝土、水泥基涂料,全程没有挥发性有机物排放,而且用工农业废弃物做原料,减少了水泥的使用量。要知道,生产水泥是高碳排放环节。更重要的是,牡蛎生长过程中会吸收海里的二氧化碳,形成碳酸钙外壳,长期来看还能实现净固碳,为“双碳”目标助力。
作为联合国“海洋十年”认证的创新技术,这项“牡蛎铠甲”技术精准契合了海洋工程防腐、生态修复、水产养殖三大高需求市场。除了用于跨海大桥、港口码头的防腐,它还能应用在生态海岸建设、岛礁工程、牡蛎礁修复,甚至牡蛎养殖等领域。比如,在受损的海岸带用这项技术构建类牡蛎礁,既能修复生态,又能保护海岸线;在养殖海域搭建牡蛎附着基,既能让牡蛎增产,又能净化养殖水体,实现生态养殖。未来,通过技术和标准输出,这项技术有望成为全球海洋生态工程的中国方案,引领海洋绿色技术的发展。
截至目前,该项目已经斩获船舶与海洋工程行业专利金奖等5项大奖,授权发明专利27项,其中还包括美国、日本、韩国的授权专利,得到了国际同行的认可。或许在不久的将来,我们看到的跨海大桥、港口码头,不再是冰冷的混凝土结构,而是长满牡蛎、鱼虾成群的“海洋生命乐园”——人类经略深蓝的脚步,终于能和海洋生态和谐共生。