Mikrobielle Korrosion – Warum Reinigung und Biozide das Problem nicht lösen.

Korrosion ist eine der häufigsten und kostspieligsten Formen von Materialschäden in industriellen Betrieben. Es handelt sich dabei um einen elektrochemischen Prozess, bei dem Metalle mit ihrer Umgebung reagieren und langsam in eine stabilere Form, wie Oxide oder Sulfide, übergehen. Während Korrosion oft mit rein chemischen Reaktionen in Verbindung gebracht wird, an denen Sauerstoff, Feuchtigkeit und Salze beteiligt sind, spielen in vielen Fällen Mikroorganismen eine entscheidende Rolle bei ihrer Beschleunigung und Aufrechterhaltung. Diese Form ist als mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) bekannt.

Bei der MIC siedeln sich Mikroorganismen wie sulfatreduzierende Bakterien (SRB), eisenoxidierende Bakterien, säureproduzierende Bakterien und methanogene Archaeen auf Metalloberflächen an und bilden Biofilme. Diese Biofilme wirken wie Schutzschichten für die Mikroben, sind jedoch schädlich für das darunter liegende Metall. Innerhalb dieser Mikroumgebungen ändern sich die lokalen pH-Werte, Sauerstoffgehalte und Redoxbedingungen drastisch. Beispielsweise produzieren SRB Schwefelwasserstoff (H₂S), der mit Metallen wie Eisen reagiert und Eisensulfid (FeS) bildet – eine Verbindung, die die Metallstruktur schwächt und die Korrosion beschleunigt.

Selbst nach aggressiver Reinigung oder Behandlung führen mehrere Faktoren dazu, dass die MIC wieder auftritt:

Warum Korrosion nach der Reinigung „zurückkommt“

1. Biofilme werden nie vollständig entfernt

Durch mechanische oder chemische Reinigung wird oft die sichtbare Schicht entfernt, aber:

• Mikroben können in mikroskopisch kleinen Rissen, Vertiefungen und Schweißfehlern überleben.

• Zellen können sich in Poren, Dichtungen, Toträumen, Spalten und rauen Innenflächen zurückziehen.

• Die Biofilmmatrix selbst kann teilweise intakt bleiben und als Gerüst für eine erneute Besiedlung dienen. Eine einzige überlebende Zelle reicht aus, um den Prozess neu zu starten, sobald wieder Wasser und Nährstoffe vorhanden sind.

Biofilm, bestehend aus zwei korrosiven Mikroorganismen, einem Methanogen und einem sulfatreduzierenden Bakterium

2. Ruhende Zellen und Sporen

Viele Mikroorganismen können in einen Ruhezustand übergehen:

• Einige bilden Endosporen (z. B. bestimmte Firmicutes), die gegen Hitze, Chemikalien und Austrocknung resistent sind.

• Andere verbleiben in einem Zustand geringer Aktivität mit minimalem Stoffwechsel, bleiben aber lebensfähig.

Wenn die Bedingungen wieder günstig werden (angemessene Feuchtigkeit, Nährstoffe, Temperatur und spezifische Elektronendonatoren/-akzeptoren), reaktivieren sich diese ruhenden Populationen und bauen schnell wieder Biofilme auf.

3. Kontinuierliche Re-Inokulation

Selbst wenn eine Oberfläche vorübergehend desinfiziert wird, sind industrielle Systeme selten steril:

• Frisches Wasser, Prozessflüssigkeiten und Umgebungsluft können neue Mikroben einschleppen.

• Biofilme stromaufwärts können sich ablösen und Oberflächen stromabwärts besiedeln.

• Lecks, Kondensation und kontaminierte Substanzen führen kontinuierlich zur Wiedereinführung von Organismen.

Ohne kontinuierliche Kontrollmaßnahmen ist eine erneute Besiedlung fast garantiert.

4. Stabile Umweltbedingungen

Wenn die zugrunde liegenden Bedingungen, die MIC begünstigen, nicht verändert werden, verhält sich das System wie ein „Korrosionsgewächshaus”, in dem Mikroorganismen gedeihen:

• Stagnierende oder langsam fließende Bereiche

• Periodische Befeuchtung und Trocknung

• Warme Temperaturen (oft 20–40 °C, ideal für viele relevante Mikroben)

• Vorhandensein von Nährstoffen (Kohlenstoffquellen, Stickstoff, Phosphor, Sulfat usw.)

Die Reinigung wirkt wie ein vorübergehender Reset, aber die Umgebung begünstigt weiterhin das Wachstum von Mikroben und die Bildung von Biofilmen.

Ablagerungsansammlung in einer Zone mit geringem Durchfluss einer Stahlrohrleitung

Die wichtige Frage lautet jedoch: Wie schlimm kann es werden und welche Folgen hat es?

Die Schwere von MIC reicht von kosmetischen Schäden bis hin zu katastrophalen Ausfällen.

1. Lochfraß und lokaler Befall

MIC ist bekannt für Lochfraßkorrosion – tiefe, schmale Löcher. Die Löcher können einen Wandabschnitt durchdringen, während das umgebende Metall noch intakt erscheint. Dies täuscht Sie und lässt Sie glauben, dass Ihre Konstruktion sicher ist. Lokalisierte Ausdünnungen sind besonders gefährlich, da sie bei einer oberflächlichen Inspektion nur schwer zu erkennen sind.

Lochfraßkorrosion an Stahl

2. Systemleistung und Sicherheit

MIC kann Folgendes verursachen:

• Leckagen in Rohrleitungen, die Wasser, Kraftstoffe, Chemikalien oder Gase transportieren

• Strukturelle Schwächung von Tanks, Behältern und Infrastruktur

• Verstopfungen aufgrund von Biofilmbildung und Korrosionsablagerungen

• Kontamination (z. B. Kraftstoffverunreinigungen, Ungleichgewichte in Wassersystemen, Produktverderb)

• Sicherheitsvorfälle wie das Austreten brennbarer oder giftiger Stoffe, Brände oder Explosionen

Mehrere dokumentierte Pipeline-Ausfälle und Tanklecks weltweit wurden auf MIC als wesentlichen Faktor zurückgeführt.

Schwermetallsulfidablagerungen in oberirdischen Gasinfrastrukturen

3. Wirtschaftliche Kosten

Die weltweiten Kosten für Korrosion werden auf 2,5 Billionen US-Dollar geschätzt, was 3,4 % des globalen BIP (2013) entspricht, wenn Wartung, Ausfallzeiten, Ersatz und Ausfälle mit einbezogen werden. Es wird angenommen, dass ein erheblicher Teil dieser Kosten in Sektoren wie Öl und Gas, Wasserstoff, Schifffahrt, Stromerzeugung, Wasserversorgung und chemische Verarbeitung anfällt.

Über die direkten Reparatur- und Ersatzkosten hinaus verursacht MIC versteckte Kosten:

Die versteckten Kosten der Korrosion

Mit anderen Worten: „Schlecht“ kann sehr schlecht sein – bis zu Verlusten in Höhe von mehreren Millionen Euro oder mehr pro Vorfall in kritischen Infrastrukturen.

Wie man MIC auf nachhaltige Weise verhindern kann

Bei der langfristigen MIC-Kontrolle geht es nicht um gelegentliche „Notfallmaßnahmen“. Sie erfordert einen präventiven, integrierten Managementansatz:

• Risikobewertung: Identifizieren Sie risikoreiche Systeme und Komponenten auf der Grundlage der Umgebung, der Materialien und der Betriebsgeschichte.

• Definiertes Überwachungsprogramm: Regelmäßige Probenahme, Korrosionsmessung, Materialcoupon-Tests und Inspektion.

• Kontrollstrategie mit Feedback: Passen Sie Biozid- und Inhibitorprogramme auf der Grundlage von Überwachungsergebnissen an, nicht auf der Grundlage von Vermutungen.

• Systemdesign und Nachrüstung: Verringerung von Stagnation, Verbesserung der Entwässerung und Erleichterung der Reinigung in zukünftigen Wartungszyklen.

Ein solcher Ansatz verringert nicht nur die Wahrscheinlichkeit schwerer Schäden und Ausfallzeiten, sondern auch den übermäßigen Einsatz von Chemikalien und bringt die MIC-Kontrolle in Einklang mit Umwelt- und behördlichen Anforderungen.

Viele MIC-Kontrollstrategien scheitern langfristig, weil sie nur die Symptome und nicht die Ursachen bekämpfen. Korrosion, die nach der Reinigung wieder auftritt, ist oft ein Zeichen dafür, dass Mikroben eine Rolle spielen. Die Folge können schwere, lokal begrenzte Schäden mit erheblichen wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Konsequenzen sein.

MIC ist jedoch kein unlösbares Rätsel. Durch das Erkennen seiner biologischen Natur, Investitionen in eine angemessene Überwachung und die Kombination chemischer, mechanischer, betrieblicher und konstruktiver Maßnahmen ist es möglich, von der Krisenreaktion zur proaktiven Bekämpfung überzugehen. Das Ziel besteht nicht nur darin, das Sichtbare zu reinigen, sondern die Umgebung so umzugestalten, dass sich Biofilme nur schwer bilden können und Korrosion weniger Chancen hat, wieder aufzutreten.