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Jul 26, 2023

Comprensione del biofouling e dell'accumulo di contaminanti sulle strutture marine sommerse

npj Materiali Degradazione volume 7, Numero articolo: 50 (2023) Cita questo articolo 800 Accessi 5 Dettagli metriche altmetriche L'incrostazione delle infrastrutture marittime è pervasiva a causa dell'abbondante presenza biologica e

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L’imbrattamento delle infrastrutture marittime è pervasivo a causa dell’abbondante attività biologica e chimica nell’ambiente oceanico. I biofilm marini e la loro crescita successiva sono problemi prevalenti nel biofouling, ma le attuali analisi industriali e basate sulla ricerca spesso non forniscono una visione olistica della biodiversità del fouling. La protezione catodica è un sistema di lunga data che salvaguarda le infrastrutture dall'ambiente marino corrosivo, ma sono stati condotti studi limitati sulle interazioni tra crescita biologica e attività catodica nel contesto del fouling marino. Questa revisione identifica le lacune conoscitive nella comprensione del fouling marino ed evidenzia gli approcci per un migliore sviluppo diretto di misure antivegetative efficaci.

Le incrostazioni sono l'adesione di sostanze indesiderate o contaminanti sulle superfici e rappresentano un problema operativo in varie aree dell'industria1. Nelle industrie marittime, dove le strutture marine sommerse sono esposte alle acque oceaniche, le principali fonti di accumulo superficiale derivano da depositi calcarei dovuti alle reazioni elettrochimiche dei sistemi di protezione catodica2 e dai batteri biocalcificanti3,4, nonché dalla crescita biologica marina derivante dalla formazione di biofilm marini e conseguente insediamento di organismi macro-incrostanti5,6. Le perdite economiche nelle industrie legate al settore marittimo sostenute da problemi di incrostazione hanno reso necessario lo sviluppo di rivestimenti antivegetativi efficaci, con i recenti progressi incentrati su alternative non tossiche e rispettose dell’ambiente per i rivestimenti moderni7,8. Tuttavia, al fine di ottimizzare l’efficacia dei meccanismi repellenti presenti nei rivestimenti antivegetativi, è necessaria una maggiore comprensione delle interazioni tra agenti/organismi incrostanti e superfici di contatto in una varietà di scenari operativi1.

Una delle caratteristiche più importanti osservate nell'incrostazione dura delle strutture marine è la presenza di crescite calcaree. Il materiale calcareo può essere ampiamente distinto come (1) deposizione calcarea, che deriva dal ridimensionamento dovuto alla protezione catodica o dall'accumulo di carbonati derivanti dalla biomineralizzazione microbica4 o (2) organismi calcarei, che solitamente sono costituiti da invertebrati marini9. La deposizione calcarea e la crescita marina spesso coesistono sulle superfici sommerse ed è necessario comprendere come le fonti biotiche e abiotiche interagiscono per produrre contromisure più ampie contro il fouling marino10. Ciò è fondamentale in quanto potrebbero esserci potenziali differenze nella dinamica di adesione su superfici con protezione catodica dove la formazione del film di condizionamento iniziale è a base calcarea2,4,11, rispetto al film a base di materiale organico nei tipici modelli successionali di biofouling9,12.

I biofilm sono anche una componente critica nella crescita marina in quanto costituiscono il fondamento della comunità del biofouling, con le interazioni tra substrato/superficie, così come le dinamiche tra gli organismi micro e macro-fouling che rappresentano i principali obiettivi per gli studi sul controllo del biofouling6 . I biofilm e le loro crescite associate sono assemblaggi complessi, che richiedono competenze interdisciplinari per svelare le proprietà e i meccanismi di formazione e propagazione del biofilm13. I biofilm marini sono responsabili di miliardi di dollari di danni alle strutture sommerse e sottomarine a causa del loro coinvolgimento nel biofouling e nella corrosione influenzata dai microbi (MIC), ma la mancanza di comprensione su come si sviluppano i biofilm multispecie ha ostacolato il progresso nella creazione di efficaci anti -controlli del biofouling14. I modelli limitati di formazione del biofilm non sono stati efficaci nel guidare la comprensione del processo di sviluppo in diversi contesti, con ulteriori sperimentazioni necessarie per ideare strategie anti-crescita per biofilm multi-specie in situ come quelli osservati negli ambienti marini15.