Với nghiên cứu này sẽ mở ra hướng đi thân thiện môi trường cho ngành hàng hải và các công trình biển.
Điểm nổi bật của nghiên cứu là việc sử dụng vật liệu trên cơ sở silic hữu cơ kết hợp với polyhexamethyleneguanidine (PHMG) – một hợp chất có khả năng kháng vi sinh vật. Để khắc phục nhược điểm dễ tan trong nước của PHMG, nhóm nghiên cứu đã liên kết cộng hóa trị chất này với khung siloxan, giúp tăng độ bền và khả năng bám dính của lớp phủ trong môi trường biển.
Lớp phủ thu được có độ đồng nhất cao, trong suốt và bám dính tốt trên bề mặt thép đã sơn lót – những yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả lâu dài trong điều kiện khắc nghiệt ngoài khơi.
Thử nghiệm thực tế cho thấy hiệu quả rõ rệt
Để kiểm chứng, các mẫu thép phủ vật liệu mới đã được ngâm trong nước biển tại trạm thử nghiệm Đầm Báy (Nha Trang, Khánh Hòa) trong suốt 12 tháng. Mức độ bám bẩn được theo dõi định kỳ hàng tháng.
Sau một năm, các mẫu được đưa lên và xử lý bằng dòng nước áp lực cao nhằm mô phỏng điều kiện khi tàu di chuyển ngoài biển. Kết quả cho thấy phần lớn sinh vật bám đã bị loại bỏ, trong khi bề mặt lớp phủ gần như không thay đổi so với ban đầu.
Điều này chứng minh lớp phủ không chỉ hạn chế sự bám dính mà còn cho phép làm sạch dễ dàng dưới tác động của dòng nước – đúng với cơ chế "tự làm sạch" mà nhóm nghiên cứu hướng tới.
Theo đánh giá, vật liệu không sử dụng các chất độc hại, do đó an toàn cho môi trường và sinh vật biển, đồng thời vẫn duy trì hiệu quả trong điều kiện vùng biển nhiệt đới – nơi sinh vật phát triển mạnh và gây nhiều thách thức nhất.
Trước đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra tiềm năng của lớp phủ trên cơ sở silic hữu cơ nhờ đặc tính năng lượng bề mặt thấp, khiến sinh vật biển khó bám dính. Khi tàu di chuyển, lực nước sẽ cuốn trôi các sinh vật mới bám, tạo hiệu ứng "tự làm sạch".
Các lớp phủ dạng này được ghi nhận có thể giúp giảm ma sát, tiết kiệm 8–10% nhiên liệu và kéo dài chu kỳ bảo trì tàu lên tới 5 năm.
Bài toán nan giải của ngành hàng hải
Ô nhiễm do sinh vật biển bám dính (biofouling) từ lâu là vấn đề lớn đối với ngành hàng hải và các công trình ngoài khơi. Hiện tượng này không chỉ làm tăng lực cản của tàu, kéo theo tiêu thụ nhiên liệu và phát thải khí nhà kính, mà còn thúc đẩy ăn mòn kim loại và bê tông, khiến các công trình như cầu cảng, giàn khoan nhanh xuống cấp.
Trong lĩnh vực năng lượng, sinh vật bám còn có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt và ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của nhà máy.
Các giải pháp chống bám bẩn đã được nghiên cứu từ lâu, song không phải phương pháp nào cũng an toàn. Trước đây, các lớp phủ chứa hợp chất thiếc hữu cơ từng được sử dụng rộng rãi nhờ hiệu quả cao, nhưng lại gây độc cho hệ sinh thái biển.
Năm 2001, Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đã thông qua Công ước kiểm soát các hệ thống chống bám bẩn có hại trên tàu, chính thức cấm sử dụng các hợp chất này từ năm 2008, buộc giới khoa học phải tìm kiếm giải pháp thay thế.
Trong giai đoạn chuyển tiếp, các lớp phủ chứa oxit đồng được sử dụng phổ biến hơn. Tuy nhiên, loại này có tuổi thọ ngắn (khoảng 2–2,5 năm) và không có khả năng tự làm sạch.
Nếu được triển khai ở quy mô lớn, lớp phủ mới có thể mang lại nhiều lợi ích như giảm tiêu thụ nhiên liệu, cắt giảm phát thải khí nhà kính, hạn chế ăn mòn và kéo dài tuổi thọ công trình biển.
Không chỉ ứng dụng cho tàu thuyền, vật liệu này còn có thể sử dụng cho hệ thống đường ống, lồng nuôi trồng thủy sản và các công trình ven biển – những nơi thường xuyên chịu tác động mạnh của bám bẩn sinh học.
Minh Khang
