Biocorrosione: solfobatteri, reazioni

Nel  1910 Richard H. Gaines associò la corrosione con le attività batteriche da cui emerse per la prima volta nella letteratura scientifica il termine biocorrosione. La biocorrosione, detta anche corrosione influenzata da agenti microbici (MIC), può essere definita come l’accelerazione del deterioramento dei materiali dovuta alla presenza di microrganismi e biofilm sulle loro superfici.

La corrosione è una reazione che comporta il trasferimento di elettroni da un metallo a un accettore di elettroni esterno, provocando il rilascio degli ioni metallici nel mezzo circostante e il deterioramento dello stesso. Questo processo procede attraverso una serie di semireazioni di ossidazione e di riduzione di specie chimiche a diretto contatto o in prossimità della superficie metallica.

La velocità della corrosione diminuisce gradualmente nel tempo, perché i prodotti dell’ossidazione aderiscono alla superficie formando uno strato protettivo che fornisce una barriera alla diffusione dei reagenti. La stabilità di tali strati dipende dalla loro chimica e morfologia e determina la suscettibilità complessiva del metallo alla corrosione.

L’attività microbica all’interno dello strato protettivo formato sulle superfici dei metalli può influenzare la cinetica delle reazioni, modificandone la composizione e portando all’ accelerazione o all’ inibizione della corrosione

Solfobatteri

I  solfobatteri detti anche batteri solforiduttori (SRB) sono batteri che possono ottenere energia ossidando composti organici o idrogeno molecolare e riducendo il solfato a idrogenosolfuro. Sono tra i più pericolosi nel campo della corrosione anaerobica di tubazioni interrate. Essi  riducono i solfati a idrogenosolfuri  tramite l’enzima idrogenasi dando inizio alla biocorrosione.

Le semireazioni implicate nel fenomeno della biocorrosione sono:

SO₄^2- + 9 H⁺ + 8 e^– → HS^– + 4 H₂O  per la quale il potenziale normale di riduzione vale E° = – 0.217 V

Fe → Fe²⁺ + 2 e^– per la quale il potenziale normale di ossidazione vale E° = +  0.447 V

Pertanto la reazione complessiva

SO₄^2- + 9 H⁺ + 4 Fe → HS^– + 4 H₂O  + 4 Fe²⁺ ha un potenziale E° pari a E° = – 0.217 + 0.447 > 0

La reazione è termodinamicamente favorita in quanto la variazione dell’energia libera di Gibbs calcolata dall’espressione:

ΔG° = -nFE°

risulta negativa.

Danni economici della biocorrosione

Questo fenomeno costa un’ingente quantità di denaro per la  manutenzione e la riparazione di danni a infrastrutture nei settori più svariati. Identificare la biocorrosione microbiologica non è solitamente una questione semplice, poiché questo fenomeno si verifica simultaneamente ad altri come la corrosione elettrochimica, la deposizione di fanghi e la formazione di melma biologica.

Tuttavia, qualsiasi forma di biocorrosione può essere riconosciuta da:

• morfologia dell’attacco;
• composizione e la distribuzione dei prodotti di corrosione e dei depositi presenti;
• analisi microbiologica;
• specifiche ambientali.

L’ acqua proveniente da corsi d’acqua naturali utilizzata per i processi industriali ha vari microrganismi che producono biocorrosione e conseguenti danni alle condutture dei sistemi di trasporto dell’acqua.

La biocorrosione di un metallo può essere causata da:

• batteri eterotrofi che necessitano di una fonte di carbonio organico per svilupparsi. Possono assimilare un’ampia gamma di sostanze organiche, trasformandole in carbonio
• anidride carbonica, metaboliti e acidi organici, che vengono rilasciati nell’ambiente circostante. È questa modifica dell’ambiente e non i batteri stessi che porta alla corrosione
• batteri autotrofi, che si sviluppano solo in presenza di elementi inorganici, assorbendo energia da reazioni chimiche o fotochimiche

Strategie attuali per controllare la biocorrosione comprendono principalmente l’applicazione di rivestimenti epossidici, che, tuttavia, offrono una protezione temporanea

Inoltre  le attuali strategie che utilizzano sostanze antivegetative si basano in genere su biocidi che presentano un impatto ambientale negativo, influendo sull’ecosistema circostante.

Sebbene sia quasi impossibile quantificare l’entità dei danni, poiché è ancora difficile differenziare la biocorrosione dai normali casi di corrosione, si stima che circa il 20% di tutti i guasti da corrosione siano dovuti a microrganismi