Fouling e incrustações

Construções offshore são atraentes para espécies de biofouling, uma vez que criam as condições ideais para que estes seres vivos se instalem e proliferem. A incrustação biológica nestas estruturas provoca um aumento do peso global, instabilidade, corrosão o que resulta num aumento de custos para manutenção. De forma oposta podem ser tomadas medidas anti- incrustantes, como criação de microambientes que desencorajam a corrosão microbiana aumentando o custo inicial, mas limitando a necessidade de limpeza destas bio incrustrações. No processo de bio incrustação na água do mar é possível distinguir quatro estágios diferentes que ocorrem em intervalos distintos (Figura 43). O primeiro estágio começa imediatamente após a imersão com a formação de uma camada condicionadora de matéria orgânica dissolvida, como glicoproteínas e polissacarídeos. Posteriormente, um biofilme pode ser formado com bactérias colonizadoras e microalgas. Num período que pode ir de horas até dias mais tarde pode formar-se uma comunidade mais complexa, incluindo produtores primários multicelulares e herbívoros, por exemplo, esporos de algas, fungos marinhos e larvas de hidroides, briozoários e cracas. Se o tempo e as condições ambientais permitirem, tais comunidades podem evoluir para camadas diversas e, por vezes, muito espessas, com incrustações de organismos duros, por exemplo cracas, mexilhões, corais e grandes incrustações de populações suaves, como ascídias, hidroides e macroalgas. No entanto, deve-se mencionar explicitamente que, num ambiente natural, o processo de incrustação biológica pode ser muito variável e nunca segue exatamente esta representação esquemática. O processo também é influenciado por muitos fatores abióticos, como salinidade, teor de nutrientes, intensidade e duração da luz solar, correntes e temperatura (Röckmann, Lagerveld, and Stavenuiter 2017).

Figura 43 – Esquematização das etapas das incrustações marinhas (Dennington 2007).

As incrustações biológicas representam um risco para as estruturas offshore nos seguintes casos (Yebra, Kiil, and Dam-Johansen 2004):

• Aumento da força de arrasto

O perfil hidrodinâmico de uma camada de incrustação biológica diverge fortemente da superfície plana de uma fundação. O crescimento extensivo de colónias de mexilhões, algas e outros macro organismos que circulam com a corrente, resulta numa força de arrasto elevada. A incrustação biológica pode, no entanto, não representar um risco para a carga mecânica nas fundações em condições marés moderadas.

• Influência da proteção catódica

Outro efeito do fouling reside na cobertura de ânodos que afeta a função do sistema de proteção contra corrosão catódica. Para inspeção visual no local (inspeção da soldadura, medições da espessura da parede), uma camada de incrustação biológica deve ser removida.

• Influência no MIC

A incrustação biológica cria microambientes que encorajam a corrosão microbiana (MIC). • Segurança e Acessibilidade

Por razões de segurança, as incrustações biológicas devem ser evitadas em escadas e áreas de embarque, para garantir o acesso seguro do pessoal de manutenção.

Várias técnicas podem ser aplicadas para prevenir ou limpar bioincrustações em superfícies desde revestimentos anti-incrustantes, métodos eletroquímicos e físicos para controlo de incrustações e limpeza de superfícies por robôs ou ferramentas portáteis. Recomenda-se a inspeção das fundações após um período de 5 a 10 anos. A inspeção visual da incrustação pode ser combinada com a limpeza regular da superfície externa (Röckmann, Lagerveld, and Stavenuiter 2017).

3.1.1 Antifoulings

O problema da bioincrustação em embarcações surgiu aquando das primeiras navegações de navegação. As primeiras tentativas conhecidas de combate à incrustação biológica remontam ao ano de 462 a.C., quando foi relatado o uso de uma mistura de arsénico e enxofre. Através dos séculos, barcos de madeira foram protegidos por misturas contendo sebo, enxofre, breu, creosoto ou através de placas de cobre ou chumbo, pregadas aos cascos dos barcos abaixo da linha de água (Chambers et al. 2006).

As formas de combate à bioincrustação têm sido tradicionalmente dominadas pelo campo da química, com o uso de substâncias “biocidas”, que tradicionalmente previnem a incrustação através da toxicidade. Neste contexto, o cobre tem-se destacado e as formas moleculares mais avançadas estão em uso nos dias de hoje, geralmente aliadas a “cobiocidas” e incorporadas às tintas anti-incrustantes (Chambers et al. 2006).

Tradicionalmente, a superfície de um objeto, antes da imersão, é pintada com tintas antifouling contendo biocidas. Estas substâncias, inicialmente previnem a incrustação, mais tarde reduzem o seu desenvolvimento e, posteriormente, tornam-se ineficazes, ou seja, as embarcações necessitam de ser sujeitas a manutenção em doca seca, raspadas e repintadas. O mesmo acontece com instalações fixas, isto é, precisam de ser periodicamente raspadas e inspecionadas por mergulhadores ou ROVs, para veículos operados remotamente, sendo estas soluções caras e nem sempre eficazes (Chambers et al. 2006).

As tintas anti-incrustantes tinham como principal substância ativa o óxido de cobre ou derivados. No entanto, o cobre provoca elevada corrosão por eletrólise quando em contato direto com cascos de aço e alumínio. Testes realizados pela marinha americana verificaram que tintas anti-incrustantes tendo por base óxido de cobre, tornam-se ineficazes em menos de um ano (Chambers et al. 2006).

Tributil-Estanho

No tributil-estanho, TBT, três butil estão ligadas a um átomo de estanho. Existem cerca de 20 TBTs diferentes, muitos dos quais foram ou são usados como antifouling. Ao contrário do estanho inorgânico, os TBT são lipossolúveis e penetram nas membranas celulares vivas, sendo esta propriedade que os torna pesticidas potentes.

A eficácia das tintas que utilizam o TBT pode ser até 5 vezes maior do que a de tintas baseadas em óxido de cobre, com a vantagem adicional de não causar corrosão em alumínio e aço. Desde que as tintas com TBT começaram a ser utilizadas em larga escala, no início dos anos 70, ansiava-se que esta seria a solução para o antigo e oneroso problema da incrustação biológica. No entanto, nesta mesma época, surgiram as primeiras evidências de efeitos prejudiciais em muitas outras formas de vida marinha, incluindo espécies economicamente importantes, como ostras e mexilhões. Os efeitos sobre a fauna e flora marinha estão relacionados com a quantidade de TBT que é liberada na água, tanto pelas tintas como pela raspagem dos cascos. Atualmente, tintas com matriz polimérica de auto polimento, SPC, vêm a emissão de TBT consideravelmente reduzida, mas não eliminada.

Em 1990, o Comitê de Proteção ao Ambiente Marinho da Organização Marítima Internacional (IMO) adotou pela primeira vez a resolução de controlar o uso de TBT, e recomendou ações governamentais no sentido de eliminar a utilização deste poluente. Para tal recorreu-se a restrições em relação ao tipo de navio, à monitorização da comercialização do TBT e remoção das tintas, ao estímulo na utilização de alternativas e estudos dos efeitos benéficos deste tipo de produtos alternativos. Apesar de todos estes esforços no sentido de prevenir os efeitos nefastos da utilização do TBT, este ainda continua a ser largamente utilizado uma vez que as suas alternativas apenas previnem as incrustações marinhas num período máximo de três anos.

A extinção do uso de TBT está longe de ser alcançada. No entanto, existe uma necessidade crescente e premente em procurar soluções de tintas antifouling com uma resposta à sua biodegradabilidade onde na sua forma ideal se degradasse na água do mar em poucas horas, embora apresentasse estabilidade na tinta, e cujos produtos da sua degradação fossem inócuos para o meio marinho (Da Gama, Pereira, and Coutinho 2009).

Tintas de baixa adesão

Tintas à base de politetrafluoretileno, PTFE, (Teflon®) não utilizam biocidas, mas atuam pelas suas características físicas antiaderentes. Estas encontram-se em estudo e já têm sido utilizadas em protótipos. Não obstante, a sua produção em larga escala para uso comercial, esta implica custos muito elevados e a sua eficácia em diferentes ambientes marinhos ainda não é completamente compreendida.

Outras tintas antiaderentes, à base de siloxanos pertencente à família de polímeros constituídos por uma cadeia de átomos de silício ligados a oxigénio que afetam a energia superficial do substrato, estão a ser testadas e já são utilizadas, embora sejam mais dispendiosas que as convencionais, de difícil aplicação e mecanicamente frágeis. Este tipo de tinta encontra-se a ser testada por indústrias de tintas em vários locais do mundo, apresentando inibição seletiva da incrustação. Isto é, ao inibir o estabelecimento de cracas, ocorre o estabelecimento massivo de poliquetas serpulídeos. No entanto, estas tintas, uma vez incrustadas, podem ser limpas com jatos de água de intensidade moderada, pois apresentam baixa adesão para organismos incrustantes (Da Gama, Pereira, and Coutinho 2009).

Antifoulings naturais

Na busca dos melhores métodos para impedir as incrustações marinhas, as substâncias produzidas pelos organismos marinhos sesseis, como algas, corais ou esponjas revelaram-se promissoras como forma de prevenção ao crescimento de epibiontes.

Organismos marinhos tais como microrganismos, algas, corais e esponjas sofrem do mesmo problema que estruturas submersas em meio marinho, ou seja, à exposição constante a uma vasta gama de organismos incrustantes. Ao longo da evolução, muitos organismos desenvolveram mecanismos de defesa, sendo o mais importante, a produção de substâncias químicas anti-incrustantes.

Os produtos naturais são menos prejudiciais para o meio ambiente quando comparados a substâncias de origem antropogénica (Da Gama, Pereira, and Coutinho 2009).

Superfícies biomiméticas

Uma das alternativas antifouling mais recente consiste na utilização de materiais que simulam superfícies de organismos marinhos, ou seja, superfícies biomiméticas. Algas, invertebrados e mesmo vertebrados marinhos, como peixes, tartarugas marinhas e mamíferos marinhos, sofrem dos mesmos problemas que estruturas feitas pelo homem, no que concerne à bioincrustação. A diferença entre estes organismos e as estruturas elaboradas pelo homem reside no facto dos organismos marinhos se tratarem dos mais antigos seres no nosso planeta, isto é, tiveram milhares de anos de evolução para desenvolver mecanismos antifouling.

As microtopografias naturais – relevo em escala microscópica – das superfícies de organismos bentónicos, tais como mexilhões, tubarões, tartarugas marinhas têm sido investigadas com o intuito de elucidar os mecanismos através dos quais estas superfícies permanecem livres de incrustrações. Avanços recentes no campo da nanotecnologia, torna possível reproduzir estas microtopografias em materiais sintéticos, produzidos em larga escala para o revestimento.

similar a “cordilheiras e vales”, verificaram que a microtopografia apenas não explica a relativa ausência de epibiontes na superfície destes organismos.

No futuro, perceber e dominar mecanismos da própria natureza será o caminho para que o efeito de eliminação do fouling por forma a que seja também inócuo para o meio ambiente, permite um desenvolvimento sustentável (Da Gama, Pereira, and Coutinho 2009).