新工藝被證明是傳統(tǒng)機械清潔方法的一種更快、更經(jīng)濟(jì)的替代方法，同時顯著降低船舶的燃料消耗和海洋生物物種遷移的風(fēng)險。此前，一艘游輪因船體上存有生物淤積而被拒絕進(jìn)入澳大利亞港口的消息，一時間成為了頭條新聞。

　　什么是生物淤積？

　　生物淤積是指藻類、貽貝和其他海洋生物在船體、港口板樁墻或錨定在水下的鋼梁上生長。經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化，它們的附著可以像工業(yè)粘合劑一樣堅固。生物淤積的厚度通常在2-3cm。在航運運輸中，由于生物淤積的存在，加重了整個船體的自身重量。例如，像小貝殼這樣不起眼的生物淤積，可以造成每平方米50 公斤的額外重量，在折算成3000 平方米的船體面積，大致可以產(chǎn)生超過150 噸的生物淤積重量，非常可觀。

　　因此，生物淤積大大增加了船體的重量和流動阻力，導(dǎo)致增加額外的燃料消耗（+30%），并釋放出更多的二氧化碳排放。同時，目的地的港口管理方還可能以此拒絕這些船只停泊在某些港口，因為擔(dān)心外來物種會破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。去年12 月，一座具有14 層、容納930 人的維京獵戶座游輪被迫在距離澳大利亞阿德萊德海岸17 英里的地方停泊了大約一周，當(dāng)時專業(yè)潛水員正在清理船體上潛在的有害生物淤積。

　　不過，生物淤積不單單只會影響航運業(yè)，還有其他方面的危害。例如，它可以在功能上損害潮汐發(fā)電廠、水產(chǎn)養(yǎng)殖籠或其他可移動建筑。此外，海洋生物還會侵蝕單個表面的防腐涂層和材料結(jié)構(gòu)，從而危及石油鉆井平臺或風(fēng)力渦輪機基礎(chǔ)等純固定結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性。

　　目前使用什么方法來處理生物污垢？

　　作為一種預(yù)防措施，海事公司過去經(jīng)常使用殺菌防污涂料，從根本上防止生物淤積的生長，或破壞粘附生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。然而，由于這種方法對其他水生生物具有毒性，只有少數(shù)殺菌防污涂料被批準(zhǔn)使用，即使是這些涂料在不久的將來也很有可能被完全禁止。不含生物殺傷劑的替代品已經(jīng)問世，形式是硅基防污涂料，提供了一個特別光滑的表面結(jié)構(gòu)，有助于防止生物淤積的附著。

　　然而，這些涂層的功效十分有限，因為它們只能延緩生物淤積的生成。船體上的海洋生物可以在短時間內(nèi)迅速地大量繁殖，所以即使有涂層的保護(hù)，在短時間內(nèi)仍然可以觀察到有大量新的生物淤積。

　　傳統(tǒng)清洗船體的方式包括潛水隊和干船塢使用機械清洗。這種方法需要用到帶有液壓驅(qū)動的刷子、切割器或振動刀，以及高壓水槍。傳統(tǒng)清洗方法不僅花費巨大，而且耗時持久，清洗過程中還會釋放出大量的海洋生物，這就是為什么世界上許多港口都禁止機械式船舶清潔的原因。

　　事實證明，幾乎不可能在不損害現(xiàn)有防污層和防腐蝕層的情況下，用機械方法清潔生物淤積。經(jīng)過傳統(tǒng)清洗的船體，一般會出現(xiàn)清漆和硅膠層的剝落，甚至?xí)a(chǎn)生裂縫。這不僅誘發(fā)了銹斑的形成，還實際上增加了生物淤積的發(fā)生，因為生物可以更容易地附著在表面涂層的裂縫和劃痕上。

　　激光清洗是解決方案嗎？

　　FoulLas（使用水下激光去除海面污垢）項目的伙伴成員于2019 年8 月開始，并在當(dāng)年的12 月得出結(jié)論，試圖解決使用水下激光器清潔生物淤積的挑戰(zhàn)。

　　Laserline、LZH 和Fraunhofer IFAM 聯(lián)合開發(fā)的工藝，是通過藍(lán)光激光器對附著在船體表面的生物淤積進(jìn)行完全的清理，而不會破壞船體的底層涂層。生物淤積組織細(xì)胞被破壞后，可以在短時間后用水簡單地沖走。新工藝已經(jīng)證明是目前傳統(tǒng)機械清潔方法的一種更快、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的替代方法，同時減少對修復(fù)涂層的需求。

　　測試實驗是在Fraunhofer IFAM 和LZH 在北海小群島Helgoland 運營的測試設(shè)施進(jìn)行的。在這里，樣本取自暴露在海水中真實條件下的生物淤積中。研究團(tuán)隊使用Laserline1.5kW LDMblue 以及光束傳輸光學(xué)器件開發(fā)了一種激光系統(tǒng)，以產(chǎn)生線形焦點。

　　對生物淤積樣品進(jìn)行成像、稱重、使用處理系統(tǒng)將其浸入充滿海水的水箱中，并使用激光照射。經(jīng)過激光清洗后，再對樣品進(jìn)行成像并再次稱重并返回海水中。Laserline 光學(xué)工程師兼FoulLas 項目經(jīng)理Markus Baumann 博士表示：“經(jīng)過藍(lán)光激光器處理后，生物淤積的顏色發(fā)生了明顯變化，從深綠色/棕色變?yōu)闇\綠色。經(jīng)過2-4 周的觀察期，經(jīng)過激光照射的樣本顯示出生物淤積減少的趨勢。”

　　通過模擬洋流，就像在現(xiàn)實生活中移動的船只所增加的那樣，清潔效果進(jìn)一步增強，被移除的的生物淤積不再對外國的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成危險。該項目持續(xù)了幾年，以監(jiān)測生物淤積生長的季節(jié)性影響，并相應(yīng)地制定一系列工藝策略。

　　Baumann 談到：“我們對樣品采取不同的參數(shù)包括激光功率、功率密度、持續(xù)時間進(jìn)行實驗，以了解了哪些參數(shù)可以有效去除生物淤積。”

　　為行業(yè)做好準(zhǔn)備

　　FouLas 項目旨在作為一項可行性研究，以開發(fā)和證明激光技術(shù)對抗生物淤積的有效性。因此，該技術(shù)目前僅在實驗室環(huán)境中進(jìn)行了測試，尚未在水下船體上進(jìn)行試驗。Baumann說：“然而，我們想開發(fā)一種在真實船體上實現(xiàn)可操作的技術(shù)。目標(biāo)是擁有一個遠(yuǎn)程操作的水下航行器，可以在裝卸過程中清潔船體，配備攝像頭和傳感器，以確保特定級別的清潔。”

　　設(shè)想的系統(tǒng)將有可能實現(xiàn)更短的清潔間隔，這為海事公司帶來了進(jìn)一步的好處，此外還降低了燃料消耗成本和物種遷移的風(fēng)險。

　　國內(nèi)激光清洗行業(yè)現(xiàn)狀

　　說起激光清洗在國內(nèi)的行業(yè)應(yīng)用，在過去幾年，銳科激光多次與軌道交通、汽車行業(yè)合作，在激光清洗領(lǐng)域做了深度研發(fā)和探索，摸索出一套國產(chǎn)激光清洗裝備的發(fā)展之路。4 月，銳科激光與國家先進(jìn)軌道交通裝備創(chuàng)新中心舉行了線上直播活動，共同探討激光清洗在軌道交通行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用。目前，國內(nèi)的軌道交通行業(yè)大多已經(jīng)進(jìn)入到密集的維保期，激光清洗在該領(lǐng)域?qū)⒂泻艽蟮氖袌隹臻g。

　　相比傳統(tǒng)的噴砂和打磨清洗，激光清洗的優(yōu)點明顯。在激光清洗過程中，首先需要去除工件原有的油漆涂層。在過去的操作中，這項工序勞動強度高、粉塵污染大，自動化程度比較低。通過將激光清洗與自動化設(shè)備相結(jié)合，從而可以有效加快清洗效率，提高清洗質(zhì)量。

　　去年11 月，在榮格工業(yè)傳媒舉辦的2022 增材制造與激光加工技術(shù)論壇上，銳科激光清洗行業(yè)總監(jiān)周晚君發(fā)表了“激光清洗激光器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀”的主題演講。激光清洗在軌道交通行業(yè)、新能源行業(yè)、建筑行業(yè)都已得到廣泛的應(yīng)用，效果顯著。

　　除了軌道交通行業(yè)，激光清洗還在新能源汽車領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。包括極柱清洗：應(yīng)用于新能源動力電池清洗，清洗后表面極柱呈現(xiàn)乳白色，無金屬光澤；注液口清洗：應(yīng)用于新能源動力電池清洗，清潔度更高、非接觸式清洗、不傷基底，綠色加工無污染；電池極片清洗：應(yīng)用于新能源動力電池清洗，大大提高電池的空間利用率，使其具有更高的能量密度，提高極片的均勻性和設(shè)備的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高電池的充放電性能；輪胎修復(fù)及靜音胎清洗：應(yīng)用于新能源汽車的輪胎清洗，清洗輪胎內(nèi)面油污，提升摩擦系數(shù)，不傷基材，清洗后附著力和效率顯著提升。

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