跨海大橋的橋墩在海浪中默默承壓，港口碼頭的堤岸日復(fù)一日抵御潮汐侵蝕。這些海洋混凝土工程是人類(lèi)經(jīng)略深藍(lán)的基石，卻始終難逃海洋腐蝕的宿命。傳統(tǒng)防腐涂料有刺鼻的味道，而且可能含有毒性，既污染生態(tài)又壽命有限。如何為海洋工程穿上“金鐘罩”，同時(shí)守護(hù)蔚藍(lán)家園？

哈爾濱工程大學(xué)航天與建筑工程學(xué)院教授呂建福團(tuán)隊(duì)用20年給出了答案：讓不起眼的牡蠣化身“海洋衛(wèi)士”，為海洋混凝土工程織就堅(jiān)不可摧的“生物鎧甲”。

近日，呂建福團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20年研發(fā)的“海洋混凝土工程固著生物防腐蝕與生態(tài)修復(fù)一體化關(guān)鍵技術(shù)”從全球眾多成果中脫穎而出，斬獲首屆聯(lián)合國(guó)“海洋十年”海洋生態(tài)保護(hù)修復(fù)大賽創(chuàng)新技術(shù)賽道“海洋十年”中國(guó)行動(dòng)國(guó)際合作種子基金重大項(xiàng)目。全球僅4個(gè)項(xiàng)目獲此殊榮。

“天降大任”：小牡蠣脫穎而出

為滿足人類(lèi)生產(chǎn)生活所需，跨海大橋、港口碼頭、防波堤等海洋混凝土工程不斷擴(kuò)張。這些工程每年帶來(lái)數(shù)十億噸碳排放，使牡蠣礁等關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)加速退化，海洋生態(tài)的“腎臟功能”瀕臨衰竭。傳統(tǒng)海洋開(kāi)發(fā)模式的弊端愈發(fā)凸顯。

“用技術(shù)手段讓海洋固著生物發(fā)揮防護(hù)作用，既能修復(fù)生態(tài)，又能滿足工程建設(shè)需求，可謂一舉多得。”呂建福說(shuō)。

要讓固著生物為工程“護(hù)航”，選對(duì)物種是第一步。呂建福帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院海洋研究所等科研院所，赴多地開(kāi)展考察調(diào)研與實(shí)海試驗(yàn)，對(duì)藤壺、牡蠣、海鞘等眾多固著生物逐一進(jìn)行種屬鑒定、比對(duì)篩選，最終，牡蠣成功“入圍”。

牡蠣集群固著生長(zhǎng)形成的牡蠣礁，素有“生態(tài)系統(tǒng)工程師”之稱(chēng)，具有改善水質(zhì)、提升生物多樣性、防護(hù)海岸線等多重生態(tài)價(jià)值。團(tuán)隊(duì)將水泥基材料與海洋生物等進(jìn)行深度融合，重塑海洋基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)邏輯，在全球首創(chuàng)基于牡蠣的海洋混凝土工程高耐久與生態(tài)修復(fù)一體化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)讓“牡蠣軍團(tuán)”化身“海洋衛(wèi)士”，為海洋工程披上一層重防腐、低成本且可自我修復(fù)的“生物鎧甲”，實(shí)現(xiàn)了從“以混凝土征服海洋”到“打造海洋生命新發(fā)源地”的理念革新。

“筑巢引鳳”：讓海洋衛(wèi)士安家落戶

研究表明，只有當(dāng)海洋固著生物在混凝土工程表面覆蓋率超過(guò)95%時(shí)，“生物鎧甲”才能充分發(fā)揮防護(hù)效能。因此，如何吸引“牡蠣軍團(tuán)”主動(dòng)進(jìn)駐目標(biāo)區(qū)域構(gòu)建防御體系，成為項(xiàng)目的又一關(guān)鍵問(wèn)題?！凹纫獮槟迪犞谩矘?lè)窩’，更要引得‘鳳凰’主動(dòng)來(lái)?！眻F(tuán)隊(duì)博士生呂曉晨介紹，團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了“人工誘導(dǎo)+材料設(shè)計(jì)+功能集成”全鏈條解決方案，讓牡蠣在混凝土表層順利安家、繁衍生息，大幅提升工程的安全性與耐久性。

團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)把握特定海域優(yōu)勢(shì)種牡蠣的附著特性，結(jié)合海洋環(huán)境特點(diǎn)，研發(fā)出專(zhuān)用“牡蠣誘導(dǎo)劑”，配套推出生態(tài)混凝土、水泥基涂料和牡蠣附著基，快速吸引大量牡蠣幼蟲(chóng)“落戶”。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性采用粉煤灰、礦渣等工農(nóng)業(yè)固體廢棄物為原料，通過(guò)調(diào)控材料滲透性，為牡蠣幼蟲(chóng)打造適宜生長(zhǎng)的“溫床”，助其持續(xù)生長(zhǎng)。這一突破實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)防護(hù)到固著生物主動(dòng)防御的范式革新，為海洋混凝土工程鑄就了堅(jiān)固且可再生的“生物鎧甲”。

考慮到海洋環(huán)境的復(fù)雜多樣，團(tuán)隊(duì)在黃海、東海、南海的跨海大橋、港口碼頭等不同類(lèi)型海洋工程開(kāi)展試驗(yàn)。針對(duì)各海域牡蠣優(yōu)勢(shì)種的差異，團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)篩選適配的牡蠣誘導(dǎo)劑，并對(duì)水泥基材料表面粗糙度進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，營(yíng)造專(zhuān)屬微環(huán)境，確?！澳迪犥妶F(tuán)”在任何海域都能順利“安家”。

通過(guò)激活海洋固著生物的自然力量，團(tuán)隊(duì)不僅大幅延長(zhǎng)了工程壽命，更構(gòu)建起“高耐久—生態(tài)修復(fù)—低碳/負(fù)碳—揮發(fā)性有機(jī)物零排放”的產(chǎn)業(yè)新范式。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的生態(tài)混凝土、水泥基涂料和附著基，兼具高效防腐與生態(tài)修復(fù)雙重優(yōu)勢(shì)，其中水泥基涂料無(wú)揮發(fā)性有機(jī)物排放，實(shí)現(xiàn)全周期碳排放從“低碳”向“負(fù)碳”跨越。這些成果可廣泛應(yīng)用于碼頭、跨海大橋防腐，以及生態(tài)海岸、島礁工程、牡蠣礁修復(fù)、海洋生態(tài)治理和牡蠣養(yǎng)殖等領(lǐng)域，能保障海岸工程實(shí)現(xiàn)50年以上服役壽命。

“聚蠣為寶”：構(gòu)筑海洋生態(tài)新景

這款全球首創(chuàng)的“生物鎧甲”，被行業(yè)專(zhuān)家評(píng)價(jià)為“顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的海洋工程防腐技術(shù)”，其價(jià)值不僅在于工程防護(hù)，更體現(xiàn)在生態(tài)增益上。運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建的“類(lèi)牡蠣礁—海洋混凝土工程共生系統(tǒng)”，打破了海洋工程與生態(tài)環(huán)境的對(duì)立關(guān)系，讓工程結(jié)構(gòu)具備了主動(dòng)改善生態(tài)的功能。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，呂建福團(tuán)隊(duì)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益與工程性能的雙贏：牡蠣的濾食作用能凈化水質(zhì)，還能提升生物多樣性、促進(jìn)漁業(yè)增殖、防護(hù)海岸帶，長(zhǎng)期來(lái)看更具備凈固碳潛力。而當(dāng)工程上的固著生物覆蓋率超95%時(shí)，牡蠣殼、生物膠、表層孔隙細(xì)化和氧消耗還會(huì)形成四重動(dòng)態(tài)防護(hù)，為潮差區(qū)及水下區(qū)混凝土筑牢防腐屏障。

呂建福介紹，工程表面形成的類(lèi)牡蠣礁，每平方米每日可過(guò)濾海水約100噸，能顯著降低水體懸浮微粒含量與富營(yíng)養(yǎng)化程度。同時(shí)，類(lèi)牡蠣礁的三維結(jié)構(gòu)還為海洋生物提供了絕佳棲息地，既是魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵場(chǎng)，也是蟹類(lèi)的避難所，更能消減海浪能量、減少岸線侵蝕。這一特性為海洋漁業(yè)、生態(tài)文旅業(yè)開(kāi)辟了巨大市場(chǎng)空間。

作為聯(lián)合國(guó)“海洋十年”認(rèn)證的創(chuàng)新技術(shù)，該成果精準(zhǔn)契合海洋工程防腐、生態(tài)修復(fù)與水產(chǎn)養(yǎng)殖三大高需求市場(chǎng)。憑借“工程防護(hù)—生態(tài)修復(fù)—產(chǎn)業(yè)增效”的一體化優(yōu)勢(shì)，未來(lái)通過(guò)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)輸出，該技術(shù)有望打造全球海洋生態(tài)工程技術(shù)的“中國(guó)方案”，引領(lǐng)海洋綠色技術(shù)發(fā)展。截至目前，項(xiàng)目已斬獲船舶與海洋工程行業(yè)專(zhuān)利金獎(jiǎng)等5項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)、授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利27項(xiàng)，其中含美日韓授權(quán)專(zhuān)利6項(xiàng)、授權(quán)辦登3項(xiàng)。（本報(bào)記者 朱 虹 通訊員 趙琳琳）

(責(zé)編：薛瑞、陳鍵)

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