В конце 1700-х годов король Георг III предвидел будущее судоходства. Сэр Чарльз Миддлтон, контролер британского королевского флота, обратился к монарху со своей идеей. Его предложение сопровождалось демонстрацией - специально модифицированной моделью военного корабля под названием "Беллона". Вскоре взгляд короля упал на мерцающие медные пластины, которые покрывали корпус миниатюрного корабля ниже ватерлинии.
"Это было... скажем так, украшено", - говорит Саймон Стивенс, хранитель моделей кораблей в Королевских музеях Гринвича в Лондоне, Англия. Когда король услышал, что пластины могут сделать корабли быстрее, отталкивая морские организмы, которые в противном случае облепили бы их корпуса, он был продан. К началу 1780-х годов весь британский военный флот тоже получил такую обработку: сотни военных кораблей были украшены медными пластинами, установленными как черепица внахлест, чтобы облегчить прохождение воды по ним.
Миддлтон и его медные пластины более или менее решили извечную морскую головную боль. С момента появления дальних плаваний корабли, которые подолгу находились в море, возвращались в порт с корпусами, загрязненными балянусами, водорослями и прочим морским мусором. Это замедляло ход судов - представьте себе попытку протолкнуть склизкий, бугристый ананас через воду. Рабочие трудились днями и неделями, чтобы снова отчистить суда. Но поскольку медь токсична для многих морских организмов, корабли Миддлтона оставались гладкими.
Сегодня медь по-прежнему применяется на многих океанских судах - часто в качестве компонента некоторых характерно красных противообрастающих красок. Как и в 1700-х годах, медь предотвращает обрастание, делая корпус судна более гладким и уменьшая сопротивление. Это снижает расход топлива и уменьшает выбросы углекислого газа. Меньше обрастания также означает, что меньше потенциально инвазивных морских видов переправляется по всему миру.
Тем не менее, с новыми нормами, ужесточающими требования к выбросам, судовладельцы относятся к покрытиям корпуса более серьезно, чем когда-либо прежде. За кулисами набирает обороты поиск еще лучших, более экологичных решений.
Задача состоит в том, чтобы найти эффективные, экологичные покрытия, которые не будут стоить Земле и не будут выщелачивать тяжелые металлы в океан. Судовладельцы должны выбирать тщательно. Даже небольшое увеличение шероховатости корпуса судна может резко повлиять на уровень выбросов, объясняет Ник Олдред, морской биолог из Университета Эссекса в Англии: "Вы сильно проигрываете, если у вас есть какие-либо барнаклы".
Когда корабль входит в воду, бактериям и фитопланктону не требуется много времени, чтобы заселить его корпус. Микробы создают биопленку, которая привлекает другие организмы, и в конечном итоге корпус судна может покрыться балянусами и водорослями, говорит Мария Сальта, эксперт по морской биопленке в компании Endures (Нидерланды), которая занимается изучением обрастания и коррозии.
Поэтому, если вы владеете судном и хотите предотвратить это, у вас есть, по большому счету, два варианта, говорит Сальта: либо покрытие на основе биоцидов, либо покрытие для удаления загрязнений.
Подобно медным пластинам Миддлтона, биоцидные покрытия убивают организмы, стремящиеся прикрепиться к корпусу судна. Но можно зайти слишком далеко, и биоцидное покрытие трибутилтин (TBT) является катастрофическим примером того, что поставлено на карту. Это мощное противообрастающее покрытие использовалось на корпусах судов в течение десятилетий, но оно отравляло морские пути и вызывало такое утолщение раковин устриц, что эти существа больше не могли открывать свои раковины для питания. TBT был запрещен на международном уровне в 2008 году.
Другой вариант - покрытие, снимающее загрязнения, - подобен приготовлению пищи на сковороде с антипригарным покрытием, говорит Сальта. Организмы обычно не прилипают к антипригарным покрытиям, а если и прилипают, то, как правило, слабо и отпадают, когда судно начинает движение.
Примером может служить покрытие Sigmaglide на основе силикона, которое компания PPG Industries постепенно обновляет и совершенствует уже около 20 лет. В свое время покрытие было прозрачным. "Его было очень трудно наносить; вы не могли видеть, где вы его распыляете", - говорит Джоанна ван Хелмонд, менеджер по глобальной продукции PPG по противообрастанию и освобождению от обрастания.
Вскоре компания добавила пигмент и усовершенствовала покрытие, сделав его менее чувствительным к температуре и влажности, что облегчило распыление на корпуса судов на верфях по всему миру. В марте компания представила последнюю версию этого покрытия. Ван Хелмонд отказался подробно рассказать о том, как оно работает, но сказал, что покрытие реагирует с водой, выравниваясь на наноуровне и становясь очень гладким.
Однако Ван Хелмонд заявил, что в лабораторных испытаниях покрытие значительно снижает сопротивление. По сравнению с традиционными противообрастающими покрытиями, такими как биоцидное Sigma Ecofleet 290, компания PPG утверждает, что ее новое супергладкое покрытие может снизить выбросы углекислого газа на судне на 35%.
Тем не менее, покрытия для удаления загрязнений могут быть дорогими по сравнению с другими вариантами. И, как отмечает Олдред, эти покрытия работают должным образом только тогда, когда вода постоянно соприкасается с корпусом судна. Это делает противообрастающие покрытия менее полезными для судов, которые долгое время находятся в неподвижном состоянии, например, для военно-морских судов.
Инновации в борьбе с обрастанием продолжают развиваться по стопам медных пластин Миддлтона, и некоторые из самых передовых разработок по снижению обрастания и сопротивления функционируют совершенно иначе, чем существующие покрытия.
Возьмем, к примеру, текстурированное покрытие, вдохновленное акулами, прототипом которого стала голландская компания AkzoNobel. Вместо того чтобы пытаться сделать корпус корабля чрезвычайно гладким, она имитировала характерную шероховатость акульей кожи, которая, естественно, снижает сопротивление и защищает от обрастания. Такие текстуры были успешно применены на корпусах коммерческих самолетов для снижения сопротивления в воздухе, хотя AkzoNobel еще не сообщала о таком же успехе на воде. (Компания не ответила на просьбу о комментарии).
Другие ученые пытаются использовать ультразвук или ультрафиолетовое излучение, чтобы удержать морские организмы от прикрепления к корпусу судна. Убийство микробов до того, как они успеют прикрепиться к судну, может предотвратить образование биопленки, к которой прикрепляются балянусы и другие безбилетники. Олдред предупреждает, что эти подходы не были полностью оценены и могут иметь некоторые неприятные побочные эффекты. "Будем ли мы отбирать и разводить водоросли, устойчивые, например, к ультрафиолету? Можно представить себе всевозможные последствия", - говорит он.
В своей работе Олдред и его коллеги надеются разработать вещество, которое действительно будет способствовать образованию биопленки. Но биопленки особого рода. По его словам, команда выявила бактерии, способные разлагать барнакловый клей, что может предотвратить колонизацию корпуса судна крупными морскими организмами.
"В нашем проекте есть шутка, что если мы когда-нибудь запустим компанию по продаже этой слизи, мы назовем ее лодочным йогуртом", - объясняет он. "Это своего рода пробиотик для вашей лодки".
Их исследование еще не опубликовано, и Олдред отказывается делиться подробностями, хотя говорит, что пока он доволен результатами.
По крайней мере, королевское одобрение больше не требуется. Что бы сделал король Георг III из лодочного йогурта?