原標題：中國海洋大學科研團隊聚焦深海采礦，研發(fā)高效,、低環(huán)境擾動開采裝備,，從科研探索向產業(yè)化加速邁進

攻堅深海科技,，青島“掘金”萬億賽道

□青島日報/觀海新聞首席記者  李勛祥

“青島力量”攻堅深海采礦技術裝備

采礦車：針對稀軟海床,，設計研究出仿生水牛蹄履齒，可以有效增加其30%最大牽引力,。為實現(xiàn)高效采集,，陳旭光團隊研發(fā)了新型雙排射流、附壁射流等采集頭,，采集效率提高至96%,。

研發(fā)深海羽流絮凝劑：2024年將產品搭載到“蛟龍”號上，在5000多米深的海底順利完成深海羽流絮凝實驗,。

今年政府工作報告提出,，“開展新技術新產品新場景大規(guī)模應用示范行動，推動商業(yè)航天,、低空經濟,、深海科技等新興產業(yè)安全健康發(fā)展,。”這是“深?？萍?rdquo;首次現(xiàn)身政府工作報告，充分彰顯了國家對發(fā)展深?？萍嫉闹匾暢潭?，體現(xiàn)了對海洋強國戰(zhàn)略的進一步深化。

深?？萍纪ǔＪ侵羔槍λ畛^200米的深海區(qū)域,，為探索、開發(fā)和利用深海資源以及研究深海環(huán)境的一系列先進技術與裝備的總稱,。東吳證券近日發(fā)布的研報將深?？萍级x為十萬億元量級市場，稱該產業(yè)未來有望成為經濟新增長極,。研報顯示,，深海科技作為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)的核心領域,，正從科研探索向產業(yè)化加速邁進,。

在涉海科研機構高度集聚的青島，諸多研究團隊都在聚焦深?？萍及l(fā)力,，在深海探測、裝備制造,、資源開發(fā)等領域不斷產出代表性成果,。中國海洋大學陳旭光團隊就是其中之一，致力于攻克關鍵技術難題,，為深海采礦打下堅實基礎,。

要采礦，先“造車”

深海蘊藏著地球上遠未被認知和開發(fā)的寶藏,，但要得到這些寶藏,，就必須在深海進入、深海探測,、深海開發(fā)方面掌握關鍵技術,。

“高新科技和新能源產業(yè)對金屬礦產資源的需求日益增長，而陸地戰(zhàn)略金屬逐漸供不應求,，世界各國紛紛將資源戰(zhàn)略瞄向稀有金屬蘊藏豐富的深海,。多金屬結核（PMN）、多金屬硫化物（PMS）以及富鈷結殼（CFC）,，被視為陸地金屬礦產資源的潛在替代品，世界各國競相開展深海采礦技術裝備研究,。”談及開展深海采礦研究的背景,，中國海洋大學教授陳旭光這樣說。

戰(zhàn)略金屬是實現(xiàn)能源轉型不可或缺的戰(zhàn)略性資源,。據世界銀行預測,，到2050年，為將全球氣溫增幅控制在2℃以下,，鈷,、鎳、鋰等礦物需求量將增長超500%,。研究顯示,，從深海中獲取的金屬資源品質和數量往往優(yōu)于陸地礦石，PMN,、PMS和CFC尤其具備巨大的商業(yè)價值,。美國地質調查局指出，如果深海開采能實現(xiàn)商業(yè)化,，截止2065年,，人類對關鍵金屬需求的35%至45%將來自深海開采。

“國際海底管理局監(jiān)督和管理國際海底區(qū)域礦產資源的勘探和開采。目前,，全球超過17個國家和組織已在三大洋申請海底資源勘探合同區(qū),，國際海底管理局批準設立了31個，其中我國擁有5個,。”陳旭光說,。他用一個具體的事例介紹海底礦產資源的價值：位于西太平洋的一個合同區(qū)，面積比山東省還大,，土豆大小,、富含礦物的多金屬結核散布海底，“我們計算了一下,，每一個‘土豆’價值約一元人民幣,。這相當于，一塊山東省大小的海底區(qū)域,，密密麻麻全是一元的硬幣,。”

但要想把這些深海礦產資源高效開采出來，就必須研發(fā)出深海采礦技術與裝備,。實際上,，深海采礦商業(yè)化是否成功很大程度上取決于其技術與裝備的先進性。這正是陳旭光團隊的研究方向,，關注深海采礦技術裝備發(fā)展,，致力于深海多金屬結核開采研究。

采礦車是深海采礦的核心裝備之一,，它行走在海床表面并進行礦石收集作業(yè),。在中國海洋大學實驗室里，記者看到了陳旭光團隊研發(fā)的采礦車樣機,，正利用底盤上安裝的履帶在人工模擬的海底沉積物上進行行走試驗,。“深海海底是極其軟黏的底質，對采礦車的結構設計和行走性能提出了高要求,。”陳旭光表示,，他們從水牛蹄在沼澤地的行走中受到啟發(fā)，針對稀軟海床,，設計研究出仿生水牛蹄履齒,，可以有效增加其30%最大牽引力，提升深海稀軟土上履帶式礦車的牽引性能,，為解決礦車沉陷,、打滑問題打下了堅實基礎。

采礦車在海底“走得穩(wěn)”是基礎,，實現(xiàn)高效采集是最終目的,。陳旭光介紹，采礦車的收集方法主要分為機械收集和水力收集。機械收集利用旋轉鏈齒,、梳狀鏟,，像是用梳子把海底的礦物“梳”起來，雖然能耗較低,，但容易損壞海底環(huán)境,。水力收集包括抽吸式、附壁射流和雙排射流等方式,，原理是通過抽吸或噴射水流等方式,，將礦物“吸”入采礦車內，優(yōu)點是結構簡單,、對沉積物層影響小,、地形適應性強，缺點是能耗較高,。目前,，水力收集方法更受各國青睞。在國家杰出青年科學基金“海洋巖土力學與海底工程”,、國家重點研發(fā)計劃“深海多金屬結核新型流態(tài)化采礦模式及其原理樣機研究”等項目支持下,，陳旭光團隊研發(fā)了新型雙排射流、附壁射流等采集頭,，采集效率提高至96%,。后續(xù)，他們將與招商局集團等龍頭企業(yè)合作,，進一步提升采礦車的作業(yè)性能,。

關心采集效率，也注重環(huán)境友好

在深海采礦方面,，陳旭光團隊聚焦采集效率的同時，也注重環(huán)境友好,。

“深海采礦會對海洋生態(tài)環(huán)境造成諸多影響,，例如海底開采活動會改變底棲環(huán)境、干擾海底生物,。”陳旭光說,，這是全球面臨的共同問題，也是深海采礦尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)開采的一個重要原因,。

陳旭光拿多金屬結核舉例說,，這種礦產覆蓋在海底沉積物上，在開采該礦產的過程中,，必然會對海底周圍環(huán)境造成擾動,。“業(yè)界把這里的海底沉積物稱為‘稀軟土’，顧名思義，就是半流體狀,、軟弱的土,。它主要是由海底火山灰、生物殘骸,、宇宙塵埃等組成,，顆粒細小，一般1至10微米左右,。據研究,，大約1000年沉積0.1至5毫米。”陳旭光說,，采礦車一旦工作,，容易擾動海底沉積物，讓海底沉積物如同塵埃一樣四散,，引發(fā)煙霧狀的深海羽流,，就像“深海霧霾”。

多國研究顯示,，采礦車攪起的深海羽流借助洋流可能會擴散數十公里,，導致濾食生物窒息。此外,，采礦系統(tǒng)泵機作業(yè)時連續(xù)轟鳴,，噪音容易干擾鯨類之間的聲吶通信。海底生物生長緩慢,，采礦區(qū)的恢復或許需要數百年甚至上千年,。

從減少擾動的角度出發(fā)，陳旭光帶領團隊著力攻關,，努力在海底采礦的同時,，抑制海底沉積物形成深海羽流，或讓形成的深海羽流快速沉降,。他們在實驗室進行了三年的實驗,，以降低生成、抑制擴散和加速沉降作為關注點,，研發(fā)讓深海羽流快速絮凝的羽流抑制產品,。

“簡單來說，就是研發(fā)一個設備和一種噴劑,，通過在深海噴灑的方式,，把深海羽流中的小顆粒快速聚集成大顆粒,，使其通過自身重力快速沉降到海底,。”陳旭光解釋說,，他們最初以陸源材料進行研發(fā)，但后來考慮到國際海洋界拒絕陸源物質進入深海,，特別是進入深海海底，于是轉變方向,，最終以海藻為原料,，研發(fā)出了具有“綠色”屬性的深海羽流絮凝劑。

隨后,，陳旭光團隊在實驗室里進行了絮凝劑模擬實驗,。2024年，又將產品搭載到“蛟龍”號上,，在5000多米深的海底順利完成深海羽流絮凝實驗,。“你看，噴灑絮凝劑后,，一個個細小的深海顆粒物很快‘抱團’,、絮凝，形成了類似果凍的質地,，很快就沉降了,。”陳旭光拿出“蛟龍”號拍攝的視頻證實他們的產品效果，“這為解決深海采礦環(huán)境擾動問題提出了一個新思路和新方法：絮凝促沉降的深海羽狀流抑制方法,。”

眼下,，陳旭光還在帶領團隊對深海羽流抑制裝置進行優(yōu)化升級。“目前,，我們在實驗室里制備絮凝劑的成本還比較高,，希望隨著工藝的改進、應用規(guī)模的擴大,，價格能不斷降低,，未來真正服務于深海采礦產業(yè)發(fā)展。”他展望說,。