图1. 腐蚀机理：(a) 化学腐蚀；(b) 生物膜腐蚀；(c) 生物矿化抑制腐蚀。
微生物诱导腐蚀（MIC）是海洋环境中普遍存在的现象，会导致混凝土基础设施出现裂纹等结构损坏。 海洋基建持续受侵蚀，缩减建筑结构的耐用寿命，带来重大经济损失。 为解决海洋混凝土结构物的腐蚀问题，香港理工大学(理大)的研究人员开发了一种可持续的生物矿化方案，可有效保护海洋混凝土免受微生物诱导腐蚀的影响。
理大建设及环境学院院长、可持续城市发展研究院院长、高赞明可持续城市发展教授、及环境科学及技术讲座教授李向东教授带领的研究团队，成功开发一种创新的生物矿化策略，有效地隔离 海洋混凝土免受微生物诱导腐蚀的影响，实现海岸结构物的可持续应用。
混凝土上的微生物诱导腐蚀，通常于存在腐蚀性微生物的不同环境中出现，例如污水结构物、污水处理厂和海洋结构物。 然而，在混凝土表面形成的生物矿化膜，能够作为一道有效的屏障抑制腐蚀，通常被视为主要的防腐机制。
李教授表示︰「生物矿化技术作为一种环保的混凝土防腐涂层方法，对整体海洋生物膜群落的影响极小。此外，它利用二氧化碳产生矿物沉淀物，增强混凝土结构的持久度。这个过程不仅减少 了海洋基础设施在整个建筑寿命的碳足迹和能源消耗，还能惠及碳中和及可持续发展。」
该研究显示，生物矿化处理通过减少硫酸盐还原菌的总量和相对丰度，有效地防止微生物诱导腐蚀。 硫酸盐还原菌是一种厌氧细菌，可生产具腐蚀性的硫化氢，会导致物料损耗。
生物矿化膜作为保护层，可以控制硫酸盐的扩散，隔离了混凝土与具腐蚀性的硫酸盐还原菌社群。 这种保护机制显著延长了混凝土结构的建筑寿命，对于原生海洋微生物群落也不会产生负面影响。
李教授补充道：「如果生物矿化膜保持完整，则无需在混凝土结构物上再次涂漆。单次涂层处理免去繁复程式，进一步降低了建筑成本和碳足迹。」
这种生物矿化策略在腐蚀环境中的应用潜力无穷，适用于如海洋环境、污水环境和水冷却设施，而这些地方的混凝土腐蚀都是由腐蚀性微生物引起。
李教授这项研究名为”生物矿化可防止微生物引起的混凝土腐蚀，以实现可持续的海洋基础设施”，已在著名期刊《环境科学与技术》上刊登。 研究对混凝土，综合使用化学和力学性能测量，以及对生物膜的微生物群落分析，评估了生物矿化技术在抑制海洋混凝土腐蚀方面的成效，这些评估旨在增进对微生物诱导腐蚀发展的理解。 研究成果有助于开发创新技术以抑制腐蚀，实现可持续的海洋混凝土结构。
在硫酸盐化学侵蚀中，氢氧化钙和铝酸钙水合物将被消耗，形成石膏和钙矾石，引起膨胀应力和基质裂缝（图1a）。 在微生物诱导腐蚀过程中，细菌可以植根腐蚀层，为微生物生长提供良好的培养基。 微生物活动可以超越腐蚀层，蔓延至表面附近的腐蚀区域（图1b）。 与化学腐蚀相比，微生物诱导腐蚀对海洋混凝土结构造成更严重的损害。 然而，生物矿化膜在混凝土表面的形成导致了较高的表面酸碱度和较低的表面硫酸盐浓度，同时也有控制硫酸盐扩散、隔离混凝土与硫酸盐还原菌社群的作用，降低了内部硫酸 盐水平（图1c）。
考虑到被细菌渗入的物质表面类型也会影响生物矿化的处理效果，项目将进一步研究生物矿化技术在不同混凝土类型中的效果，以拓展其应用潜力。 此外，相关功能预测亦可用于日后的研究，从而在机理上了解微生物作用对混凝土腐蚀的潜藏代谢能力。 这些研究结果有利于揭开硫酸盐还原菌和海洋混凝土结构建筑寿命之间的奥秘。
