制作:魏伯新徐進孫成(中國科學院金屬研究所)
監制:計算機網絡信息中心
自從我們出生以來，我們體內就有無數的微生物。它們是我們身體中非常復雜的壹部分，無時無刻不在與我們互動，但我們對它們卻知之甚少。多年來，龐大而神秘的微生物家族壹直吸引著人們去探索、利用和對抗它們。
那麽，是不是所有的微生物都對人類有益呢？答案可能會令人失望。
微生物——敵友的“神秘力量”
微生物作為地球上最古老的生物，廣泛分布於自然界。無論是人跡罕至的南北極還是嚴酷的沙漠，無論是神秘的外太空還是深邃的海底世界，都有他們的足跡。微生物對人類極其有用。人們利用微生物生產抗生素、抗生素等藥物，幫助人類對抗疾病。利用微生物生產飲料、啤酒、化肥、農藥，服務大眾；甚至可以利用微生物來生產電池所需的燃料，解決能源短缺問題。
然而，微生物並沒有我們想象的那麽友好。他們在服務人類的同時，也在“吃”我們的GDP。
正在“吃掉”人類GDP的微生物
並非所有的微生物都對人類有益。微生物遇到鋼鐵，會產生不尋常的“電火花”，嚴重腐蝕管道、橋梁、船舶，即“微生物腐蝕(MIC)”。我們先來看三個例子:
2000年，韓國石油天然氣公司的壹條X65輸油管道因腐蝕而失效。調查發現，管道表面覆蓋了壹層黑色沈積物，滴加鹽酸後散發出臭雞蛋的氣味，說明腐蝕產物中含有硫化物。確認了地下管道被剝離塗層下的土壤中的硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕。硫酸鹽還原菌(SRB)是壹種厭氧菌，廣泛存在於土壤、海水、地下管道和油氣井中。大量研究表明，SRB的存在加速了鋼材的腐蝕。
同年，我國某型艦下水不到兩年就發生了船底腐蝕穿孔。艙內滯水單位體積中SRB的量約為艙外海水的103-104倍，說明SRB大量存在於船舶艙底水中。
2003年，新疆壹條X52鋼輸油管道發生爆炸泄漏。這條管道曾發生過多次內腐蝕、穿孔、泄漏事故，但令人不解的是，都發生在管道沿線起伏的地段。原來罪魁禍首是“微生物”！事故最終調查結果顯示，管道斷面起伏較大，原油流速較低，管道低窪處積聚了少量遊離水或積水，為微生物生長提供了環境，導致硫酸鹽還原菌(SRB)繁殖，管道局部腐蝕失效。
根據NACE的調查，2013年美國的腐蝕成本已達2.5萬億美元，約占GDP的3.4%。而微生物腐蝕造成的損失約占20%[4]。可見微生物正在慢慢蠶食我們的“GDP”。
如何防止微生物腐蝕？
腐蝕是壹種常見的自然現象。大多數腐蝕是物質與環境相互作用的電化學過程。那麽微生物是如何參與腐蝕過程的呢？
科學家的研究表明，微生物參與了腐蝕過程，金屬表面會附著壹層具有腐蝕能力的生物膜。在微生物體內生物酶的作用下，細菌將硫酸鹽還原為硫離子，硫離子進壹步與腐蝕產生的鐵離子反應生成硫化鐵(反應1和2)，從而參與並加速腐蝕過程。
目前，科學家對微生物腐蝕的機理有了初步的認識，並提出了多種防止微生物腐蝕的措施[1]。例如:
(1)表面技術:塗層作為屏障，可以使金屬表面光滑以減少微生物附著。目前，為抵抗生物汙染而開發的有機塗料已廣泛用於埋地管道、建築物外墻和海洋結構材料的保護。
(2)電化學保護:陰極保護可以抑制金屬腐蝕過程中的電子遷移，避免或減弱腐蝕的發生。因此，可以利用較低的陰極保護電位來控制微生物對鋼材的厭氧腐蝕，陰極保護和有機塗層的聯合使用可以有效彌補有機塗層會降解的不足；
(3)生物抑制劑:目前工業用水系統中註入殺菌劑，也可作為防止細菌腐蝕的方法；
(4)實時監測:大部分腐蝕可以通過早期監測來控制，減緩腐蝕，避免事故發生。因此，監測腐蝕過程中微生物的生長和數量以及生物膜的厚度也有助於我們采取控制措施。
通過以上案例，我們可以看到微生物不可小覷的力量。只有了解微生物腐蝕，控制微生物腐蝕，利用微生物腐蝕，才能為工業設備保駕護航。微生物腐蝕的復雜性註定了這是壹個長期的鬥爭過程。國內外科學家壹直在行動，齊新齊心協力，貢獻自己的才華。讓我們向微生物腐蝕宣戰，戰鬥到底！
參考資料:
林建、朱國文、孫成、韓恩厚、高立群、張樹全。金屬的微生物腐蝕[J].腐蝕科學與防護技術，2001，13(5)。
[3] Sherar B W A，Power I M，Keech P G，等.表征碳鋼在含硫化物溶液中暴露對微生物誘發腐蝕的影響[J].中國環境與科學出版社，2002 .腐蝕科學，2011，53(3)。
黃燁、劉雙江、姜。微生物腐蝕及腐蝕機理的研究進展[J].微生物通報，2017(7)。