Merieliöiden, kasvien, levien ja eläinten luonnollinen kertyminen veden alla oleville ihmisen tuottamille pinnoille, kuten avomeriöljylautalle, tuuliturbiineille, laivoille ja vedenalaisille kaapeleille. Vaikka se on biologinen väistämättömyys meriympäristöissä, sen vaikutukset offshore-laitteiden tehokkuuteen, turvallisuuteen ja käyttökustannuksiin ovat syvällisiä. Biosietokyvyn ylläpitämisen kannalta on ratkaisevan tärkeää ymmärtää biosietoa koskevat mekanismit, vaikutukset ja hillitsemisstrategiat.

Biofouling-prosessin ymmärtäminen

Biofouling ei tapahdu heti. Se etenee eri vaiheissa, alkaen muodostumista ilmastointikalvo orgaanisten molekyylien minuutin sisällä upotus. Tämä kalvo tasoittaa tietä kiinnitettävien bakteerien ja muiden mikro-organismien, jotka muodostavat mitä kutsutaan biofilmi. Nämä biofilmit erittävät soluttomia polymeerisiä aineita (EPS), jotka luovat tahmea, suojaava matriisi. Kun tämä mikrofilmi on perustettu, se toimii ravitsemuksellisena pohjana ja tarttuvuus pinta suurempi, makro-fouling organismien.

Makro-suodatus seuraa, tyypillisesti viikkojen tai kuukausien kuluessa[, selkärangattomina, kuten barnakkelit, simpukoita, putkimatoja ja levää laskeutuu ja kasvaa. Ajan mittaan nämä organismit rakentavat paksuja, kalkkeutuneita kerroksia, jotka voivat lisätä merkittävää painoa ja muuttaa dramaattisesti pinnan ominaisuuksia. Epäpuhtauden nopeus ja koostumus riippuu ympäristötekijöistä, kuten veden lämpötilasta, suolapitoisuudesta, ravinnevarallisuudesta, valosta ja nykyisestä nopeudesta. Lämmin, ravinnepitoiset vedet, kuten trooppisilla alueilla, nopeuttavat sumua, kun taas kylmät, oligotrofiset vedet hidastavat sitä.

Epäonnistuneiden organisaatioiden tyypit

Biofouling yhteisöt on laajasti luokiteltu joko mikrofouling tai makrofouling. Mikrofoulers sisältää bakteerit ja diatomit, jotka luovat limainen elokuvia. Makrofoulers on jaettu kova ja pehmeä foulers. Kova foulers ovat barnakles, simpukoita, ja encrusting brizoans, jotka tuottavat kalkkipitoisia kuoret. Pehmeitä foulers ovat merilevät, pehmeä koralleja, meduusa, ja vaippaeläimet, jotka eivät ole jäykkiä rakenteita. Jokainen tyyppi asettaa erilaisia mekaanisia ja kemiallisia haasteita upotettu laitteet.

Vaikutukset offshore-laitteiden tehokkuuteen

Biosietolla on kauaskantoisia seurauksia, jotka vaikuttavat lähes kaikkiin offshore-kohteisiin. Alla on keskeisiä alueita, joilla biosieto heikentää suorituskykyä ja lisää kustannuksia.

Vähentynyt hydrodynaaminen suorituskyky ja polttoaineen kulutuksen lisääntyminen

Laivojen ja alusten osalta jopa ohut limaneliö voi lisätä rungon pinnan karheutta, mikä johtaa suurempaan kitkavastusasteeseen. Tämä tarkoittaa suoraan suurempaa polttoaineenkulutusta saman nopeuden ylläpitämiseksi. [ Kansainvälisen merenkulkujärjestön[ mukaan vakava biosieto voi lisätä polttoaineen kulutusta jopa 40% voimakkaasti vaurioituneessa rungossa. Suurelle valtamerialukselle tämä voi merkitä miljoonia dollareita lisäpolttoainekustannuksissa vuosittain. Samoin offshore-alustoilla ja kelluvilla tuuliturbiineilla on lisääntynyt virta- ja aaltokuormitus, mikä vähentää dynaamista paikannustehokkuutta ja lisää kiinnityssiimakuormia.

Korroosio ja rakenteellinen hajoaminen

Mikro-organismit biofilmeissä voivat aiheuttaa mikrobiologisesti korroosiota (MIC) tuottamalla happamia metabolisia sivutuotteita tai luomalla eri ilmastussoluja metallipinnoille. Raato-olosuhteet otsalohkoissa ja simpukoissa ansan syövyttäviä ionien ja hapen syövyttävyyttä, nopeuttamalla heittoa ja stressiä korroosiota. Raskaiden biosietokerrosten paino aiheuttaa myös lisää staattisia ja dynaamisia kuormia rakenteille. Esimerkiksi avomerituuliturbiinin monopiileissä paksu kerros simpukoita voi lisätä useita tonneja massaa, muuttaa luonnollisia taajuuksia ja mahdollisesti aiheuttaa resonanssia aallon tai turbiinin innostuksen kanssa. Tämä vaarantaa väsymisen elämän ja voi johtaa ennenaikaiseen epäonnistumiseen.

Puuttuminen ja toiminnan heikkeneminen

Biosieto on erityisen ongelmallinen merivedenottojärjestelmissä, jäähdytysputkissa ja sammutusjärjestelmissä. Epäpuhtaiden putkien virtausnopeus pienenee, pumppausenergia kasvaa ja voi johtaa lämmönvaihtimen tehottomuuteen tai jopa tukokseen. Öljy- ja kaasurakenteissa tukossa olevat meriveden nostot voivat vaarantaa alustan vakauden. Vesiviljelyn verkkokynissä biosieto rajoittaa veden vaihtoa, vähentää happea ja lisää taudinpainetta. Oceanographic sensoreille ja valvontalaitteille, biofouling hämärtää optisia ikkunoita, häiritsee akustisia signaaleja ja luo vääriä lukemia.

Raskaat poijut voivat heikentää niiden kelluvuutta tai aiheuttaa niille vajoamisen, mikä aiheuttaa vaaraa laivaliikenteelle. Merituuliturbiinitorneissa sulkujen kertyminen luo karkeita pintoja, jotka tekevät kiipeilytarkastuksista vaarallisia. Samoin kalastusvälineistä ja kiinnityslinjoista tulee raskaampia ja vaikeampia käsitellä. Erittäin äärimmäisissä tapauksissa biosieto voi estää pelastuslaitteiston, kuten pelastusveneen laukaisumekanismit tai palomonitorit, jotka aiheuttavat välittömiä turvallisuusriskejä.

Taloudelliset ja ympäristökustannukset

Meren biosietoa arvioidaan kymmenissä miljardeissa dollareissa vuodessa. Kustannukset aiheutuvat polttoaineen kulutuksen lisääntymisestä, kuiva- ja puhdistusten lisääntymisestä, kiinnittymisenestopinnoitteiden lisääntymisestä, korroosion korjaamisesta ja toiminta-ajan menetyksestä. Pelkästään merenkulkuteollisuudelle [ National Academies of Sciences[ raportoi, että biosietostamisen hallintakustannukset voivat ylittää miljardin dollarin vuotuisen kulun.

Suoran toiminnan lisäksi biosieto lisää kasvihuonekaasupäästöjä, koska alukset ja alustat polttavat enemmän polttoainetta dragin voittamiseksi. Paheampi hairahdus lisää myös huoltoalusten ja puhdistustoimien päästöjä. Lisäksi biosieto on merkittävä vektori invasiivisten vesilajien kulkeutumiselle. Laivojen runkoihin tai laitteisiin liittyviä elementtejä voidaan kuljettaa valtamerien halki ja päästää uusiin ympäristöihin, häiritsee paikallisia ekosysteemejä, päihittää alkuperäisiä lajeja sekä vahingoittaa kalastusta ja vesiviljelyä. Kansainvälisen merenkulkujärjestön Biosietoa koskevilla suuntaviivoilla pyritään minimoimaan tämä riski.

Biosimulaation hallintastrategiat

Tehokas biosietovalvonta edellyttää monipuolista lähestymistapaa, joka on räätälöity tiettyyn omaisuuserään, sen sijaintiin ja operatiiviseen profiiliin.

Sikiönestopäällysteet

Kuparia, sinkkiä tai orgaanisia biosideja sisältävät biosidivalmisteet ovat laivojen ja staattisten rakenteiden yleisin menetelmä. Nämä suotomyrkylliset yhdisteet estävät pesän muodostumista. Ympäristön huolenaiheet ovat kuitenkin johtaneet joidenkin biosidien, erityisesti tributyylitinan (TBT), rajoittamiseen, joka on kielletty maailmanlaajuisesti. Uudempia teknologioita ovat rivot pinnoitteet, jotka luovat matalan kitkan, tarttumattomat pinnat, joista organismit poistetaan helposti veden virtaamalla tai hellävaraisesti. Silikoni- ja fluoropolymeeripohjaiset fluoripolymeeripohjaiset fluoripolymeeripinnoitteet ovat yleistymässä sekä alusten että merellä olevien uusiutuvan energian rakenteiden keskuudessa.

Mekaaninen puhdistus

Säännöllinen vedenalainen puhdistus kaukokäyttöisillä ajoneuvoilla tai sukeltajan harjoilla on olennaista suorituskyvyn ylläpitämiseksi. Robotteja, jotka kulkevat turbiinin monopiilejä tai laivan runkoja pitkin, käytetään yhä enemmän toksiinin vapautumisen ja työkustannusten vähentämiseksi. Veden sisäinen puhdistus talteenottojärjestelmillä voi estää likaisten organismien ja maalihiukkasten pääsyn ympäristöön.

Ultraääni- ja sähkömagneettijärjestelmät

Runkoihin tai rakenteisiin asennetut ultraäänenmuuntimet tuottavat värähtelyjä taajuuksilla, jotka estävät solukkoutumisen. Vaikka ne ovat tehokkaita mikrofouling-tartunta-aineiden, kuten sulkujen, käytön estämiseksi, niiden teho on rajallinen. Sähkömagneettiset järjestelmät luovat heikkoja sähkövirtoja tai magneettikenttiä, jotka häiritsevät toukkien tarttumista tai uimista.

Suunnittelu ja materiaali-innovaatiot

Biosietokyvyn sisällyttäminen suunnitteluvaiheeseen on muuttumassa standardiksi. Sileät pinnat, pyöristetyt reunat ja railojen poistaminen vähentävät kiinnityskohtia. Kuparinikkeliseosten käyttö merivesiputkistoissa on tunnettu tekniikka, jolla estetään vauriot sisäjärjestelmissä. Meren tuuliturbiinien suunnittelu voi vähentää suoja-alueita, joissa epäpuhtaus kukoistaa.

Toimintatoimenpiteet

Matkasuunnittelu, joka minimoi aikaa korkealla kiinnittyvä vesi, sekä rungon hoito (harvinainen valo puhdistus), voi pitää fouling kurissa. Lastureiden, määräajoin käsittely meriveden saantijärjestelmien klooria tai muita biosidejä estää tukos. Tarkkailu fouling paksuus kameroiden tai anturit auttaa aikataulun puhdistus ennen kuin se tulee vakava.

Sääntely- ja ympäristönäkökohdat

-IMO:n biofouling Guidelines ja -U.S. EPA:n aluksen yleislupa[ asettavat vaatimuksia rungon puhdistamiselle, kiinnittymisenestopinnoitteille ja tietojen säilyttämiselle haitallisten lajien leviämisen rajoittamiseksi.

Biofouling Control -järjestelmän tulevat suuntaukset

Tutkimus on kiihtymässä kohti ympäristön kannalta hyviä ratkaisuja. Hain ihon tai lootuksen lehtien inspiroimia biomeettejä kehitetään estämään kiintymys ilman myrkkyjä. Entsymaattiset pinnoitteet, jotka hajottavat toukkien liimaproteiinit, ovat kehitteillä. Tekoälyä ja koneoppimista käytetään ennustamaan ympäristötietoihin perustuvaa likaisen kertymisen mahdollisuutta, mikä mahdollistaa juuri ajoissa tapahtuvan puhdistuksen. Lisäksi autonomisilla vedenalaisilla ajoneuvoilla (AUV) on sensorit ja puhdistustyökalut, joiden odotetaan vähentävän tarkastusten ja huoltojen kustannuksia ja riskiä.

Kun offshore-teollisuus laajenee syvempiin vesiin ja syrjäisimpiin paikkoihin, luotettavan ja vähän ylläpidettävän biosuodatuksen tarve muuttuu entistä kriittisemmäksi. Tuulipuistot liikkuvat edelleen merellä, missä epäpuhtaat yhteisöt eroavat toisistaan, mutta eivät ole vähemmän aggressiivisia. Syvänmeren kaivos- ja öljy- ja kaasutoiminnot yhä syvemmällä kohtaavat ainutlaatuisia haasteita, jotka johtuvat painevaikutuksista pinnoitteisiin ja puhdistusmenetelmiin.

Päätelmät

Meriympäristön biosieto on jatkuva ja kallis haaste, joka vaikuttaa suoraan offshore-laitteiden tehokkuuteen, turvallisuuteen ja ympäristöjalanjälkeen. Polttoaineen kulutuksen ja korroosion lisääntymisestä haitallisiin lajeihin siirtymiseen ja rakenteelliseen väsymykseen, sen vaikutukset vaativat ennakoivaa hallintaa. Edistyneiden pinnoitteiden, säännöllisen puhdistuksen, älykkään suunnittelun ja sääntelyn yhdistelmä tarjoaa parhaan tien eteenpäin. Myrkyttömien teknologioiden ja datalähtöisen ylläpidon jatkuva innovointi on olennaisen tärkeää, jotta avomeritoiminta pysyy tehokkaana ja kestävänä kasvavan meritoiminnan ja tiukempien ympäristöstandardien edessä. Teollisuuden sidosryhmien on investoitava biosietotutkimukseen ja täytäntöönpanoon, jotta ne voivat suojella resurssejaan ja meriekosysteemejä, joissa ne toimivat.