文 ｜ 《中国科学报》 记者 张楠 通讯员 高晓静

仿生蒙皮螺旋桨。图片提供宁波材料

最近，第一艘30万吨级超大型油轮安装仿生蒙皮螺旋桨。（VLCC），在福建泉州港码头顺利靠泊，完成了原油运输三次航次。

该船使用的仿生柔性减阻材料在实际船舶使用前已获得中国船级社会产品认证，符合国际控制船舶有害防污底系统公约。（AFS）要求。

本船螺旋桨表面敷上仿生蒙皮后，实船油耗数据显示节能约2%，预计在2.5年的修船周期内，平均节能1.5%。根据这一计算，一艘VLCC每年可节省300多吨燃油，直接经济效益超过100万元，二氧化碳排放量减少超过900吨。

仿生研究的布局 实现减阻节能

航运业是全球经济活动的重要支柱，90%以上的全球贸易都是通过海运完成的。然而，海运也消耗了大量的能源，已经成为温室气体排放的重要来源之一。根据国际能源署 （IEA）资料表明，海运行业的能耗占全球能耗总量的9%左右，排碳占全球二氧化碳排放总量的3%。

为此，国家实现“双碳”目标，突破大型船舶节能减排的关键技术，引领全球海洋运输业绿色变革，具有重要意义。

在船舶航行过程中，其能源主要用于驱动螺旋桨产生推力，克服船体与水之间的阻力，推动船舶前进。

在中国工程院院士、中国科学院宁波材料技术与工程研究所(以下简称宁波材料研究所)研究员薛群基的布局下，海洋关键材料重点实验室研究员王立平和曾志翔率领团队，较早开展了表面界面仿生滑移材料和海洋航空体减阻的研究工作。

该实验室与中远海运能源有限公司(以下简称中远海运能源)联合开展了“船用仿生蒙皮减阻节能技术”项目。

接枝高柔性分子刷构造“类液体”表面

众所周知，海豚、鲨鱼等海洋生物在海上游动时遇到的阻力极小，这主要是由于其表面的微结构、柔韧性和粘液分泌特性。

在水流的作用下，海豚表皮形成微结构，产生微涡流，将水流与表皮的滑动摩擦转化为滚动摩擦，再结合表皮粘液的润滑特性，能有效地降低水流的湍流能量，减少水与表皮之间的剪切力。

仿生蒙皮是一种具有类似海豚皮特征的人造材料，是通过人工合成制成的。对于人工仿生减阻材料来说，表面的微结构和柔韧性很容易实现，但模仿海豚皮长期粘液分泌的特点相对困难。

研究人员使用“类液体”材料，将高度柔性分子刷连接到固体有机物分子中，从而表现出一定的液体特性，有效解决了上述问题。由于枝条分子链具有类似流体的高度动态特性，可以自由旋转和移动，因此各种液体在这种材料表面附着力低，容易滑动。

仿生蒙皮由具有“类液体”特征的动态界面材料和具有0.1~0.2毫米尺寸和微结构的柔性材料组成。敷设在螺旋桨表面，可以减少螺旋桨与水之间的剪切力，减少反推力对水的作用，从而提高螺旋桨的效率，降低能耗。

促进船业绿色、低碳化发展

巨型油轮螺旋桨的效率通常在60%~70%之间，因为载货量和速度的变化。当船用发动机驱动螺旋桨旋转时，大约70%的能耗转化为推力，大约15%消耗在螺旋桨剪切水中，剩下的15%消耗在螺旋桨的反推力上。

“海豚蒙皮”研制成功后，项目研究人员在巨型油轮螺旋桨表面应用具有仿海豚皮特性的蒙皮材料，以提高有效推进效率。

油轮顺利停泊，航行时间近200天，里程超过35000海里。该航线往返于中国沿海和中东主要港口。实际船舶的油耗数据显示，它节能约2%。预计在2.5年的修船周期内，平均节能率为1.5%。这是世界上第一次在30万吨VLCC中使用仿生柔性减阻材料，收集了多航次、长航时、多海域的节能数据。

鉴于船舶仿生柔性阻尼材料在实际船舶中的良好节能减排效果，中远海能与宁波材料紧密合作，计划将阻尼材料推广到中远海能旗下100多艘油轮，带来显著的经济效益，有效减少二氧化碳排放。