新科研研发环保涂料防治海洋“生物污损”

科研局的研究员发现，附着在船只底部或水上建筑的生物蛋白质属正电荷，因此以同电荷相排斥的原理，研发同样含正电荷的“疏水性”涂料来防止生物附着在表层。苏德铭 报道tohtm@sph.com.sg船只底部或水上建筑浸泡在水中，藻类及贝类等生物会附着在表层上，造成“生物污损”问题。这不只给海事业者带来经济亏损，也间接导致环境污染，就连市面上一些可防止水底生物附着在表层的处理方法其实也对环境有害。新加坡科技研究局（A*STAR）一组研究员正在研发一种既不危害海洋环境，又可有效防止“生物污损”（biofouling）现象的涂料。参与这项研究的有新科研旗下化学与工程科学研究院（Institute of Chemical and Engineering Sciences，简称ICES）、材料研究与工程研究院（Institute of Materials Research and Engineering，简称IMRE）及新加坡制造技术研究院（Singapore Institute of Manufacturing Technology，简称SIMTech）的18名研究员。来自ICES的帕迪班博士（50岁）受访时指出，附着生物不仅使外观不雅，也可能因阻碍机械零件或感应器而影响钻油台等海上建筑物的运作。另外，附着生物积少成多，会加重船只的重量，有时可达上百公斤。船只行驶时也因此需要耗费更多燃油，在提高海事业者营运成本之余，也增加船只的碳排放量，危害环境。当附着生物随着船只到另一个海域时，还可造成物种入侵（species invasion）的问题，导致海洋生物受细菌感染，影响环境生态。帕迪班说，目前市面上防止“生物污损”的一些涂料以释放毒素来阻止生物附着于表层，其实对海洋生态也有害，例如含有三丁基锡（Tributyl-Tin）的涂料就已在全球被禁。帕迪班进一步说明，另一类防“生物污损”的方法是制造易让水分均匀扩散的“亲水性”（hydrophilic）或不易沾湿的“疏水性”（hydrophobic）表层，以降低生物附上的可能。“但海洋内的附着生物有上千种，亲水性和疏水性特质的都有，因此无论哪一类的表层都无法很有效地防止‘生物污损’，只能稍微舒缓问题的严重性。”为研发不释放毒素且能有效预防“生物污损”的涂料，新科研的研究员展开测试，探究附着生物的各种属性，包括它们的黏沾性和在表层残留蛋白质的电荷（electric charge）属性。负责这方面研究的IMRE研究员郭师峰博士（33岁）透露，研究员发现附着生物蛋白质属正电荷，因此以同电荷相排斥的原理，研发同样含正电荷的“疏水性”涂料来防止生物附着在表层。虽从原理上可行，但涂料是否在现实环境中能长久保持效应仍需经过一番测试。浸泡在海水之前，SIMTech人员在内部进行了多种模拟测试，其中包括与其他涂料对比效果。已成功通过两个多月海水测试SIMTech的工程师马尔桑博士（Marcin Debowski，49岁）受访时指出，新研发的涂料目前已成功通过两个多月的海水“实战”测试，防生物附着的表现不俗，若测试一年后效果仍令人满意，A*STAR有意将涂料推出市场。帕迪班告诉记者：“涂料的研发工作至今已进行了三年，非常期待涂料最终能在海事业领域广泛使用，减少‘生物污损’对环境生态的危害。”新紫外线压载水处理系统 杀菌更节能有效每当运输船停靠港口，除了装货卸货，往往也得排放再填补保持船只运行平衡而存在船身内的海水——也称“压载水”（ballast water）。为避免排放压载水造成不同地域海水混杂的生态污染问题，各港口一般都有严格规定压载水排放前须经过“杀菌”处理。市面上处理压载水的做法有两种，使用化学药物，或以紫外线除去水中的细菌与微生物，但前者存在污染环境的隐忧，后者则耗电量大且成本较高。新加坡科技研究局（A*STAR）与胜科海事（Sembcorp Marine）合作，生产低耗电量的紫外线压载水处理系统，推动更环保的压载水杀菌模式。新科研旗下高性能计算研究院（Institute of High Performance Computing，简称IHPC）的流体动力学部门主任楼菁博士（53岁）受访时指出，新生产的紫外线压载水处理系统与一般类似的系统相比，消耗的能源可少七成。他解释，该系统的排水管内装置了多个不同斜度的挡板（baffle plates），控制受处理压载水的水流，确保紫外线能均匀照射到系统内所有的压载水。这般精准地控制水流缩短了杀菌的时间，也减低了所需紫外线的“力度”，因此也大大降低了能源消耗。上述压载水处理系统由胜科海事设计，IHPC则负责以计算模型技术，在电脑程序中让压载水处理系统通过多种模拟测试，从中调整挡板的位置与斜度等，确保设计最精准高效。楼菁说，采用计算模型技术进行测试，减去了以多个实体样本进行模拟测试的繁琐工作，这大大缩短了整个系统的设计过程。他指出，原本需要约450天的测试如今只用了60多天时间就完成，研发成本也因此降低。“许多港口越来越重视安全处理压载水问题，因此更应以紫外线替代化学药物。有了这个更高效且节能的处理系统，相信将有更多海事业者愿意采用，进一步保护海洋生态环境。”这个系统是国际市场上首个新加坡制造的压载水处理系统。对此，新加坡海事及港务管理局（The Maritime and Port Authority of Singapore，简称MPA）表示：“研发压载水处理系统方面仍有巨大的发展潜能，不仅是符合管制标准，也能进一步降低成本及节省能源。”海事局也指出，国际压载水管理公约今年9月生效，当局同海事业者将会与“志同道合”的利益相关者紧密合作遵守公约，执行高效的船只压载水管理。