中國工程院院士侯保榮：腐蝕保護技術與“雙碳”目标的實作

來源：高科技與産業化

随着現代社會的發展，鋼鐵生産為基礎設施建設和工業的發展提供了可能。作為人類使用最多的金屬材料，鋼鐵因腐蝕而造成的損耗不容小觑。1970年，英國調查報告提出因鋼鐵腐蝕造成的損失每年可達13.65億英鎊，占英國GDP的3.5%；而根據調查，2014年中國因腐蝕造成的損失為2100億，相當于當年GDP的3.34%，每個公民要承擔1555塊錢。而在這些巨大的數額之下，蘊藏的卻是巨量的碳排放。

侯保榮

在中國“雙碳”目标提出的當下，如何通過提高鋼鐵的防腐能力減小因損耗造成的巨量碳排放，成為科學家必須面對的問題。近日，在山東青島舉辦的2021世界海洋科技大會上，中國工程院院士、海洋防腐蝕産業技術創新戰略聯盟理事長、全球腐蝕調查中國區主席、中國科學院海洋研究所研究員侯保榮，介紹了目前最新的防腐技術。

重視防腐技術 助力雙碳實作

1967年，美國俄亥俄州的銀橋鋼筋因長時間的腐蝕造成斷裂，導緻46人死亡。1983年，日本橫濱港山下碼頭的棧橋，雖然已經采取了增加腐蝕餘量的保護方法，但因集中腐蝕而倒塌。“建築材料被腐蝕是一件潛伏在我們每一個人身邊，十分危險的事情。”侯保榮指出。

為了防止因腐蝕造成不可挽回的損失，政府往往會采取定期修複的措施。1960年，幾名非法人員闖入美國自由女神，并挂上橫幅進行抗議。該事件發生後，政府對自由女神内部進行了檢查，發現自由女神像中有許多因腐蝕造成的洞，1.2噸的鋼骨架鉚釘中有1/3出現了松動、損壞或是脫離，支架也有将近一半發生了鏽蝕，随時有散架的危險。1981年5月，美國成立自由女神像修複委員會，籌款3.5億美金。修複銅質外皮、替換所有零件，這其中包括1825根特制的肋梁，一根肋梁需要花費36個小時來制造，勞工們足足花了6 個月的時間才完成該項工作。“不難發現，為修複因腐蝕造成的損耗所花費的金錢是巨大的，這背後的碳排放量也是巨大的。”

二氧化碳的危害不容小觑，它的來源主要由石油、煤炭、天然氣燃燒後排放進入空氣中，除此之外，石油、煤炭在生産過程當中也會釋放二氧化碳，其他包括有機物的糞便發酵也會産生二氧化碳。

二氧化碳對人類的影響是什麼？當空氣中的二氧化碳低于1% 的時候，對人體沒有明顯的危害；如果二氧化碳超過1%，便會頭暈、氣悶；當二氧化碳達到5%時，人會頭疼；而當達到10% 的時候，人便會神志不清。

因二氧化碳濃度超标釀成的悲劇也不在少數，如安徽祁門縣二氧化碳湖造成5人窒息死亡。二氧化碳密度大于空氣密度，容易在山地聚集，形成二氧化碳湖，同時迫使空氣層上移，造成底部氧氣含量降低。

因為二氧化碳的保溫作用，當二氧化碳濃度增加時，地球表面的溫度也會逐漸升高。根據預測，到了21世紀中葉，全球溫度将升高1.5℃ ~4.5℃，由此所引起的海平面升高，也會對人類的生存環境産生巨大的影響，危害人類的安全。

那麼我們怎樣應對二氧化碳的增加？2015年12月12日，《聯合國氣候變化架構公約》的近200個締約方在巴黎氣候變化大會上一緻通過《巴黎協定》，為2020年後全球應對氣候變化行動做出安排。各方當時決定，請聯合國秘書長潘基文擔任該協定的儲存人，截至目前，已經有190多個國家簽署了《巴黎協定》。

中國在巴黎大會召開之前就送出了國家自主貢獻檔案，提出中國二氧化碳排放量将在2030年左右達到峰值，并提出“雙碳”的目标。“碳達峰”是指大陸承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之後逐漸降低。“碳中和”是指企業、團體或個人測算在一定時間内直接或間接産生的溫室氣體排放總量，然後通過植物造樹造林、節能減排等形式，抵消自身産生的二氧化碳排放量，實作二氧化碳“零排放”。

2021~2030年達到碳達峰，2031~2045年降低碳的排放量，2045年到2060年實作碳中和。“碳達峰是一個手段，碳中和是我們真正的目标，隻有實作碳達峰才能實作碳中和。”侯保榮指出。在他看來，碳達峰的實作影響碳中和實踐的難度，碳達峰的實作越早，實作碳中和的能力就越強，碳達峰的減排難度越低，減排的壓力也會越來越小。

中國早就展示了實作“雙碳”目标的決心，2020年9月22日，第75屆聯合國大會中國表示将采取更加有利的政策和措施并提出“3060”的目标。2020年12月12日，我們承諾2030年中國機關國内生産總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上。2021年1月25日，又在世界經濟論壇會商提出中國将加強生态文明建設，加快調整優化産業結構，倡導綠色低碳的方式。

今年7月24日中央印發檔案，在《中共國務院關于完整準确全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和的工作理念》中提出了建構綠色低碳循環發展經濟體系，提升能源利用效率，提高非化石能源消費比重，降低二氧化碳的排放水準，提升生态系統碳彙能力等五個方面要求。

大陸是世界上建築面積規模最大的國家，同時也是世界最大的建築材料生産國和消費國。每年對混凝土、水泥等建築材料的需求達到億噸，每生産一噸水泥就會排放一噸二氧化碳，其中存在大量的腐蝕。2020年，水泥生産排放二氧化碳共計約12.3億噸。水泥行業碳排放占全球碳排放總量的6%，混凝土與水泥兩大碳來源于碳煤等的燃燒。根據統計，每節約一度電就相當于節約了0.4個煤和0.99克的二氧化碳。如果通過防腐技術将混凝土服役由25年提高到100年，二氧化碳的排放量将降低5 倍。

“延長這些材料的服役壽命，就能顯著降低全球二氧化碳的排放。”侯保榮總結道。

中國鋼鐵行業碳排放量占全國二氧化碳排放總量的比例正在逐年增加，目前鋼鐵産生的二氧化碳量占到了全國二氧化碳排放的19.16%，而中國的鋼鐵産量占世界鋼鐵産量的60%，鋼鐵生産過程當中，碳排放來源于煤的燃燒等電力的消耗，如果能減少煤的燃燒和電的消耗，碳排放就将大大減少。

聚焦材料薄弱點 運用氧化聚合型包覆防腐蝕技術

那麼腐蝕防護技術到底能做什麼？又應該怎麼做？腐蝕防護一般分為實體防腐，化學防腐，電化學防腐等手段，其中塗料防腐占了66%的份額。

塗層法防腐蝕又包括三大類：塗覆和噴塗、鍍層和化學轉化膜。在金屬表面上制成保護層，借以隔開金屬與腐蝕媒體的接觸，進而減少腐蝕。塗覆是把有機和無機化合物塗覆在金屬表面，常用的方法是塗漆和塑膠塗層，噴塗則是通過噴槍或碟式霧化器，借助于壓力或離心力，分散成均勻而微細的霧滴，施塗于被塗物表面的塗裝方法，主要分為電弧噴塗、等離子噴塗、靜電噴塗、手工噴塗等; 金屬鍍層是一種利用金屬粉末在工件表面形成鍍層的工藝，主要包括電鍍、熱鍍、噴鍍、滲鍍、化學鍍、機械鍍、真空鍍等; 化學轉化膜是采用化學或電化學方法使金屬表面形成穩定的化合物膜層，根據成膜時所采用的媒體，可将化學轉化膜分為氧化物膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜等。

根據構成塗層法保護層的物質，可以分為非金屬保護層和金屬保護層兩類，如油漆、塑膠、玻璃鋼、橡膠、瀝青、搪瓷、混凝土、琺琅、防鏽油等為非金屬保護層，而金屬保護層是在金屬表面鍍上一種金屬或合金作為保護層，以減慢腐蝕速度。用作保護層的金屬通常有鋅、錫、鋁、鎳、鉻、銅、镉、钛、鉛、金、銀、钯、铑及各種合金等。

防腐的首要是抓住要害，弄清哪個地方腐蝕最嚴重。需要用新思維、新技術去解決短版的問題。“早在14年前，青島港務局就在大陸首先實作浪花飛濺區腐蝕防護。”侯保榮指出，“我們現在也做了一個項目為港務局減輕腐蝕的問題，近日和港務局簽訂了協定，我們今後和港務局的合作會越來越多”。

除此之外，氧化聚合型包覆防腐蝕技術也是非常重要的一個手段。這一技術可以用以解決大氣區異型部位腐蝕的問題，這些短闆解決後其他問題就解決了。目前此技術已成功應用在海南文昌發射基地，8個發射計劃全部使用了這個技術。

中國天眼的防腐蝕操作也值得關注，侯保榮團隊對它所有可能産生的腐蝕問題都進行了跟蹤監測和保護。“我們要把鋼筋混凝土當成大事來解決腐蝕的問題。在浪花飛濺區防護技術方面我們可以很好地延長鋼裝的壽命，包括異形部位鋼結構包覆防腐技術、整體鋼制結構壽命延長。”侯保榮指出。

每生産一噸水泥要釋放二氧化碳1噸，每生産一噸鋼鐵釋放1.83噸二氧化碳。新型的防腐蝕技術是實作“雙碳”目标的途徑之一。政府部門都應更加重視腐蝕現象，支援防腐技術，企業也應主動把綠色、主動、精準腐蝕看成大事，科研機構更需要不斷地創新，運用高效科技進行防腐，來進行延長鋼筋混凝土的壽命，減少碳排放。

“道阻且長，行則将至，行而不蹉，未來可期！”對未來，侯保榮充滿了信心。