近日，首艘安裝仿生蒙皮螺旋槳的30萬噸級超大型油輪（VLCC），順利靠泊在泉州港碼頭，完成(chéng)了3個航次的原油運輸任務。航行時長(cháng)近200天，裡(lǐ)程逾3.5萬海裡(lǐ)，航線往返于中國(guó)沿海和中東各大港口。螺旋槳表面(miàn)敷設仿生蒙皮後(hòu)，實船油耗數據顯示下降約2%，預計在材料生命周期（2.5年）内，可實現平均約1.5%的綜合節能(néng)。按此計算，一艘VLCC每年可節約燃油300噸以上（直接經(jīng)濟效益高達100萬元以上），減少CO₂排放量900噸以上。該船用仿生柔性減阻材料在實船應用前取得了中國(guó)船級社産品認證，滿足控制船舶有害防污底系統國(guó)際公約（AFS公約）要求。這(zhè)是國(guó)際上首次將(jiāng)仿生柔性減阻材料應用于30萬噸VLCC輪，完成(chéng)了多航次、長(cháng)航時、多海域的節能(néng)數據收集。

航運業是全球經(jīng)濟活動的重要支柱，目前超90%的全球貿易通過(guò)海運完成(chéng)。然而，海運也消耗著(zhe)大量能(néng)源，并且已成(chéng)爲溫室氣體排放的重要來源之一。據國(guó)際能(néng)源機構（IEA）的數據顯示，海運業的能(néng)源消耗量在全球能(néng)源消耗總量中占比約爲9%，排放的二氧化碳量占全球二氧化碳排放總量的3%。因此，突破大型船舶的節能(néng)減排關鍵技術，引領全球海洋運輸業綠色變革，對(duì)國(guó)家實現“雙碳”目标具有重要意義。

船舶航行過(guò)程中，其能(néng)源消耗主要用于驅動螺旋槳産生推力，從而克服船體與水之間的阻力，推進(jìn)船舶前進(jìn)。在中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所（以下簡稱甯波材料所）薛群基院士的布局下，甯波材料所海洋關鍵材料重點實驗室王立平研究員和曾志翔研究員帶領研究團隊較早開(kāi)展了表界面(miàn)仿生滑移材料與海洋航體減阻方面(miàn)的研究工作。“船用仿生蒙皮減阻節能(néng)技術”是甯波材料所海洋關鍵材料重點實驗室與中遠海運能(néng)源運輸股份有限公司（以下簡稱中遠海能(néng)）聯合開(kāi)展的科研項目。仿生蒙皮，即參照海豚皮的物理和化學(xué)特性，通過(guò)人工合成(chéng)方法，制備出的具有類似海豚皮特征的人造材料。項目研究人員巧妙地將(jiāng)具有仿海豚皮特征的蒙皮材料應用于巨型油輪的螺旋槳表面(miàn)（圖1），以提高螺旋槳推進(jìn)效率（有效推進(jìn)功率/軸輸出功率）。巨型油輪螺旋槳效率随載貨量和航速變化而變化，通常爲60%-70%之間。船用發(fā)動機在驅動螺旋槳旋轉時候，能(néng)耗的約70%轉化爲推力，約15%消耗于螺旋槳剪切水做功，剩餘約15%則消耗于螺旋槳反推力對(duì)水做功。

衆所周知，海豚、鲨魚等海洋生物在海裡(lǐ)遊動時具有極低的阻力，主要由于其表面(miàn)的微結構、柔彈性和表面(miàn)粘液分泌特性。海豚表皮在水流作用下，形成(chéng)微結構，産生微渦流，將(jiāng)水流與表皮的滑動摩擦轉變爲滾動摩擦；結合表皮粘液的潤滑特性，有效降低水流的湍流動能(néng)，降低水與表皮之間的剪切力（圖2）。對(duì)于人造的仿生減阻材料而言，表面(miàn)微結構和柔彈性易于實現，但要模仿海豚表皮長(cháng)期粘液分泌的特性，則相對(duì)比較困難，“類液态”材料有效解決了這(zhè)一問題。所謂“類液态”材料，即在固體有機物分子内部接枝了高度柔性分子刷從而表現出一定液體特征的材料。由于所接枝分子鏈具有類似流體的高度動态特性，能(néng)自由旋轉與運動，所以各種(zhǒng)液體在這(zhè)種(zhǒng)材料的表面(miàn)粘附力低且易滑移。“類液态”材料既能(néng)保持固體材料的強度，又能(néng)達到類似于“粘液”的滑移特征。仿生蒙皮由研究團隊研制的具有“類液态”特征的動态界面(miàn)材料與具有0.1-0.2毫米尺寸微結構的柔性材料耦合而成(chéng)，敷設于螺旋槳表面(miàn)，能(néng)夠降低螺旋槳與水之間的剪切力，并減少反推力對(duì)水的做功，進(jìn)而提高了螺旋槳效率，降低了能(néng)耗。

鑒于船用仿生柔性減阻材料在實船上取得的良好(hǎo)節能(néng)減排效果，中遠海能(néng)與甯波材料所緊密合作，有計劃將(jiāng)該減阻材料推廣至中遠海能(néng)旗下的100餘艘油輪船隊，可爲中遠海能(néng)帶來顯著的經(jīng)濟效益并降低二氧化碳排放量。未來，船用仿生柔性減阻材料將(jiāng)向(xiàng)遠洋及内河運輸等全行業推廣應用，必將(jiāng)促進(jìn)營運船舶的綠色化、低碳化發(fā)展，爲實現人與自然和諧共生添磚加瓦。

         圖1 超大型油輪進(jìn)船塢            螺旋槳蒙皮敷設過(guò)程             仿生蒙皮螺旋槳  

圖2 海豚皮膚與螺旋槳仿生蒙皮示意圖

（海洋關鍵材料重點實驗室）