毎年約7000億ドルの損失を引き起こしています。この数を減らしたいのです。

制作：中国科学普及協会

著者: 趙文潔、曹錦濤 (中国科学院寧波材料工学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：科学技術の仕事の謎を解明するために、中国の最先端技術プロジェクトは「私と私の研究」と題する一連の記事を立ち上げ、科学者に独自の記事を書いて科学研究の経験を共有し、科学の世界を創造するよう呼びかけました。科学技術の最前線に立つ探検家たちと一緒に、情熱、挑戦、驚きに満ちた旅に出ましょう。

あなたも私も同じ気持ちだと思います。海を渡る橋を車で通るたびに、その壮大さに驚嘆せずにはいられません。それは荒れ狂う海に巨大な鋼鉄の竜のように横たわっています。

港珠澳大橋

（写真提供：新華社記者の陳野花氏が2020年9月11日に撮影）

しかし、この広大な海域では、私たちの海洋工学設備は、海洋腐食という目に見えない脅威に静かに苦しんでいます。

これはビーチにある普通の金属柱です。海水によって腐食されて錆びた外観になるのに、それほど時間はかかりませんでした。

（写真提供：Veer Gallery）

実際、金属腐食の問題は国家経済の多くの分野で蔓延しています。統計によると、わが国における腐食による経済損失は毎年2兆元に上り、そのうち海洋腐食による損失は腐食損失全体の約3分の1、約7,000億元を占めています。

どうすればこれらの損失を減らすことができるでしょうか?まず、海洋腐食がどのように発生するかを理解する必要があります。

海洋腐食はゆっくりと進行する継続的なプロセスです。

海洋環境の違いにより、大気圏、波しぶき圏、潮汐圏、完全浸水圏、海泥圏に分けられます。その中でも、波しぶき域の腐食状況が最も深刻です。この分野では、海洋工学機器は塩分、酸素、水による電気化学的腐食に耐える必要があるだけでなく、波によって引き起こされる機械的損傷にも対処する必要があります。

これはかさぶたのできた傷を継続的に叩くようなものです。海水は海洋工学設備を簡単に破壊する可能性があります。

鋼管杭を例に挙げてみましょう。海洋工学における最も重要なインフラとして、海上橋梁や洋上風力発電所などの主要施設を支えています。しかし、鋼管杭は海洋使用中に飛沫帯で深刻な腐食の問題に直面します。私たちが目にしているのは、早朝の潮、夕方の潮、波しぶき、乾いた環境と濡れた環境が交互に訪れるといった複雑で厳しい作業条件の課題に耐えなければならないということです。

見えないものについてはどうでしょうか?塩分、酸素、紫外線による浸食、波の打ち寄せ、泥や砂による浸食にも耐えなければなりません。これらの損傷要因は強く結びついて、世界クラスの腐食防止問題を形成します。

海洋腐食の威力に人々が気付いて以来、海洋腐食と戦い、海洋工学機器を保護するために保護コーティング材料の研究が行われてきました。防食コーティングは、海洋工学および機械設備の安全なサービスを確保するための重要な材料であると言えます。

しかし、従来の薄片状防食コーティングは、サイズが大きい、厚さが厚い、添加量が多い、樹脂マトリックスとの適合性が悪いなどの問題がありました。これらは使用性能の限界に達しており、過酷な海洋環境での使用中にひび割れ、剥離、故障が発生しやすくなります。複雑な海洋環境における耐腐食性のニーズを満たすことはできません。

この課題に応えるため、中国科学院寧波材料工学研究所は、新世代の海洋用重防食コーティング材料を開発しました。このコーティングは、ポリマー樹脂で強化された有機繊維と無機繊維の複合材で作られており、強度と耐久性に優れた保護層を形成します。

波の浸食下では、無機繊維材料は高強度の構造骨格のような働きをし、波の衝撃や堆積物の浸食に効果的に対処できます。有機繊維素材は高靭性の腱のようなものです。これらはコーティングを貫通し、硬度と柔軟性を兼ね備え、強力で統合された保護ネットワークを形成します。この緻密な保護ネットワークは、腐食因子の拡散を効果的に阻止するとともに、波の衝撃力を分散・伝達し、局所的な応力集中を軽減します。

人体の骨や腱と同様に、ポリマー複合コーティング全体をより強固にします。この「自然な」バイオニック技術は、海中の鋼管杭の耐侵食性と耐摩耗性を高めるだけでなく、メンテナンスサイクルも延長します。これにより、私たちの海洋設備は、耐腐食性と耐変化性の装甲層で覆われ、孫悟空のような破壊不可能な金色のボディを備えています。

2023年3月21日、水新旗1号杭打ち船は、この防食コーティングを施した鋼管杭をゆっくりと海に沈めました。長さ109メートルの鋼管杭は「安定針」のように海底に直接貫入し、杭州湾横断鉄道橋梁の初の試験的な鋼管杭の沈下が成功したことを示しました。

大型高強度鋼管杭とその高耐久性保護コーティングの製造

（画像提供：中国科学院寧波材料工学研究所）

杭打ち船が鋼管杭をゆっくりと海に沈めていく

（画像提供：中国科学院寧波材料工学研究所）

杭州湾海上鉄道大橋は蘇州・嘉興・寧波高速鉄道の主要プロジェクトの一つであることを知っておく必要があります。この橋は世界最長かつ最高水準の高速鉄道海上橋であり、世界の橋梁建設における画期的な出来事です。このプロジェクトに新世代の海洋用重防食コーティング材料を適用することは、プロジェクト関係者と業界によるこの材料の品質の認知を示すだけでなく、研究チームが前進し、より多くの、より優れた海洋用長期防食材料を開発することを奨励することにもなります。

偉大な国にとって最も重要な設備は資材から始まります。科学技術革新の力に頼って、中国国民はより一層深い青空の探求に努めるだろうと私は信じています。そして、中華民族が海上で生み出したあらゆる奇跡を永遠に残し、何千年も新しいままにしておくことが、私たちの海洋重要物質重点研究室のすべての科学研究者の永遠の追求となるでしょう。