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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不可摧的“生物鎧甲”。

近日，呂建福團(tuán)隊歷經(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“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”中國行動國際合作種子基金重大項目。全球僅4個項目獲此殊榮。

“天降大任”：小牡蠣脫穎而出

為滿足人類生產(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。

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

牡蠣集群固著生長形成的牡蠣礁，素有“生態(tài)系統(tǒng)工程師”之稱，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)價值。團(tuán)隊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95%時，“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)”主動進(jìn)駐目標(biāo)區(qū)域構(gòu)建防御體系，成為項目的又一關(guān)鍵問題。“既要為牡蠣筑好‘安樂窩’，更要引得‘鳳凰’主動來。”團(tuán)隊博士生呂曉晨介紹，團(tuán)隊為此設(shè)計了“人工誘導(dǎo)+材料設(shè)計+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)隊精準(zhǔn)把握特定海域優(yōu)勢種牡蠣的附著特性，結(jié)合海洋環(huán)境特點，研發(fā)出專用“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“落戶”。同時，團(tuán)隊創(chuàng)新性采用粉煤灰、礦渣等工農(nóng)業(yè)固體廢棄物為原料，通過調(diào)控材料滲透性，為牡蠣幼蟲打造適宜生長的“溫床”，助其持續(xù)生長。這一突破實現(xiàn)了從被動防護(hù)到固著生物主動防御的范式革新，為海洋混凝土工程鑄就了堅固且可再生的“生物鎧甲”。

考慮到海洋環(huán)境的復(fù)雜多樣，團(tuán)隊在黃海、東海、南海的跨海大橋、港口碼頭等不同類型海洋工程開展試驗。針對各海域牡蠣優(yōu)勢種的差異，團(tuán)隊精準(zhǔn)篩選適配的牡蠣誘導(dǎo)劑，并對水泥基材料表面粗糙度進(jìn)行定制化設(shè)計，營造專屬微環(huán)境，確保“牡蠣軍團(tuán)”在任何海域都能順利“安家”。

通過激活海洋固著生物的自然力量，團(tuán)隊不僅大幅延長了工程壽命，更構(gòu)建起“高耐久—生態(tài)修復(fù)—低碳/負(fù)碳—揮發(fā)性有機物零排放”的產(chǎn)業(yè)新范式。團(tuán)隊研發(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，其中水泥基涂料無揮發(fā)性有機物排放，實現(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)專家評價為“顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的海洋工程防腐技術(shù)”，其價值不僅在于工程防護(hù)，更體現(xiàn)在生態(tài)增益上。運用這項技術(shù)構(gòu)建的“類牡蠣礁—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)境的對立關(guān)系，讓工程結(jié)構(gòu)具備了主動改善生態(tài)的功能。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，呂建福團(tuán)隊的技術(shù)實現(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，長期來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，牡蠣殼、生物膠、表層孔隙細(xì)化和氧消耗還會形成四重動態(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，工程表面形成的類牡蠣礁，每平方米每日可過濾海水約100噸，能顯著降低水體懸浮微粒含量與富營養(yǎng)化程度。同時，類牡蠣礁的三維結(jié)構(gòu)還為海洋生物提供了絕佳棲息地，既是魚類的產(chǎn)卵場，也是蟹類的避難所，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)開辟了巨大市場空間。

作為聯(lián)合國“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。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，未來通過技術(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“中國方案”，引領(lǐng)海洋綠色技術(shù)發(fā)展。截至目前，項目已斬獲船舶與海洋工程行業(yè)專利金獎等5項獎項、授權(quán)發(fā)明專利27項，其中含美日韓授權(quán)專利6項、授權(quán)辦登3項。