海洋工程穿上牡蛎“金钟罩”

跨海大桥的桥墩在海浪中默默承压，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经略深蓝的基石，却始终难逃海洋腐蚀的宿命。传统防腐涂料有刺鼻的味道，而且可能含有毒性，既污染生态又寿命有限。如何为海洋工程穿上“金钟罩”，同时守护蔚蓝家园？

哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院教授吕建福团队用20年给出了答案：让不起眼的牡蛎化身“海洋卫士”，为海洋混凝土工程织就坚不可摧的“生物铠甲”。

近日，吕建福团队历经20年研发的“海洋混凝土工程固着生物防腐蚀与生态修复一体化关键技术”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创新技术赛道“海洋十年”中国行动国际合作种子基金重大项目。全球仅4个项目获此殊荣。

“天降大任”：小牡蛎脱颖而出

为满足人类生产生活所需，跨海大桥、港口码头、防波堤等海洋混凝土工程不断扩张。这些工程每年带来数十亿吨碳排放，使牡蛎礁等关键生态系统加速退化，海洋生态的“肾脏功能”濒临衰竭。传统海洋开发模式的弊端愈发凸显。

“用技术手段让海洋固着生物发挥防护作用，既能修复生态，又能满足工程建设需求，可谓一举多得。”吕建福说。

要让固着生物为工程“护航”，选对物种是第一步。吕建福带领团队联合中国科学院海洋研究所等科研院所，赴多地开展考察调研与实海试验，对藤壶、牡蛎、海鞘等众多固着生物逐一进行种属鉴定、比对筛选，最终，牡蛎成功“入围”。

牡蛎集群固着生长形成的牡蛎礁，素有“生态系统工程师”之称，具有改善水质、提升生物多样性、防护海岸线等多重生态价值。团队将水泥基材料与海洋生物等进行深度融合，重塑海洋基础设施设计逻辑，在全球首创基于牡蛎的海洋混凝土工程高耐久与生态修复一体化技术。这项技术让“牡蛎军团”化身“海洋卫士”，为海洋工程披上一层重防腐、低成本且可自我修复的“生物铠甲”，实现了从“以混凝土征服海洋”到“打造海洋生命新发源地”的理念革新。

“筑巢引凤”：让海洋卫士安家落户

研究表明，只有当海洋固着生物在混凝土工程表面覆盖率超过95%时，“生物铠甲”才能充分发挥防护效能。因此，如何吸引“牡蛎军团”主动进驻目标区域构建防御体系，成为项目的又一关键问题。“既要为牡蛎筑好‘安乐窝’，更要引得‘凤凰’主动来。”团队博士生吕晓晨介绍，团队为此设计了“人工诱导+材料设计+功能集成”全链条解决方案，让牡蛎在混凝土表层顺利安家、繁衍生息，大幅提升工程的安全性与耐久性。

团队精准把握特定海域优势种牡蛎的附着特性，结合海洋环境特点，研发出专用“牡蛎诱导剂”，配套推出生态混凝土、水泥基涂料和牡蛎附着基，快速吸引大量牡蛎幼虫“落户”。同时，团队创新性采用粉煤灰、矿渣等工农业固体废弃物为原料，通过调控材料渗透性，为牡蛎幼虫打造适宜生长的“温床”，助其持续生长。这一突破实现了从被动防护到固着生物主动防御的范式革新，为海洋混凝土工程铸就了坚固且可再生的“生物铠甲”。

考虑到海洋环境的复杂多样，团队在黄海、东海、南海的跨海大桥、港口码头等不同类型海洋工程开展试验。针对各海域牡蛎优势种的差异，团队精准筛选适配的牡蛎诱导剂，并对水泥基材料表面粗糙度进行定制化设计，营造专属微环境，确保“牡蛎军团”在任何海域都能顺利“安家”。

通过激活海洋固着生物的自然力量，团队不仅大幅延长了工程寿命，更构建起“高耐久—生态修复—低碳/负碳—挥发性有机物零排放”的产业新范式。团队研发的生态混凝土、水泥基涂料和附着基，兼具高效防腐与生态修复双重优势，其中水泥基涂料无挥发性有机物排放，实现全周期碳排放从“低碳”向“负碳”跨越。这些成果可广泛应用于码头、跨海大桥防腐，以及生态海岸、岛礁工程、牡蛎礁修复、海洋生态治理和牡蛎养殖等领域，能保障海岸工程实现50年以上服役寿命。

“聚蛎为宝”：构筑海洋生态新景

这款全球首创的“生物铠甲”，被行业专家评价为“颠覆传统认知的海洋工程防腐技术”，其价值不仅在于工程防护，更体现在生态增益上。运用这项技术构建的“类牡蛎礁—海洋混凝土工程共生系统”，打破了海洋工程与生态环境的对立关系，让工程结构具备了主动改善生态的功能。

与传统技术相比，吕建福团队的技术实现了生态效益与工程性能的双赢：牡蛎的滤食作用能净化水质，还能提升生物多样性、促进渔业增殖、防护海岸带，长期来看更具备净固碳潜力。而当工程上的固着生物覆盖率超95%时，牡蛎壳、生物胶、表层孔隙细化和氧消耗还会形成四重动态防护，为潮差区及水下区混凝土筑牢防腐屏障。

吕建福介绍，工程表面形成的类牡蛎礁，每平方米每日可过滤海水约100吨，能显著降低水体悬浮微粒含量与富营养化程度。同时，类牡蛎礁的三维结构还为海洋生物提供了绝佳栖息地，既是鱼类的产卵场，也是蟹类的避难所，更能消减海浪能量、减少岸线侵蚀。这一特性为海洋渔业、生态文旅业开辟了巨大市场空间。

作为联合国“海洋十年”认证的创新技术，该成果精准契合海洋工程防腐、生态修复与水产养殖三大高需求市场。凭借“工程防护—生态修复—产业增效”的一体化优势，未来通过技术与标准输出，该技术有望打造全球海洋生态工程技术的“中国方案”，引领海洋绿色技术发展。截至目前，项目已斩获船舶与海洋工程行业专利金奖等5项奖项、授权发明专利27项，其中含美日韩授权专利6项、授权办登3项。（本报记者 朱 虹 通讯员 赵琳琳）

（科技日报）