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Nachrichten und Pressemeldungen aus Labor und Analytik

03.03.2004

Unbekannte "Eisenfresser" entdeckt


Eisen ist das technologisch wichtigste Metall, hat aber einen Nachteil: Ungeschütztes Eisen rostet. Hauptschuld daran trägt der Sauerstoff der Luft, der Eisen in nasser Umgebung angreift. In vollständig wassergefüllten Rohrleitungen und Behältern, wo nur Wasser, aber keine Luft vorhanden ist, wäre Eisen im Prinzip recht lange beständig. Doch statt von Sauerstoff wird Eisen unter diesen Bedingungen oft von Bakterien angegriffen, die speziell an ein Leben ohne Sauerstoff angepasst sind. Man spricht daher von anaerober Biokorrosion. Diese ist seit Jahrzehnten bekannt und höchst unerwünscht, beispielsweise in der Erdöltechnologie. Weniger bekannt war, welche Bakterienarten die Hauptübeltäter sind und welcher Mechanismus hinter der Biokorrosion steht. Jetzt haben Wissenschaftler der Max-Planck-Institute für marine Mikrobiologie (Bremen) und für Eisenforschung (Düsseldorf) in Zusammenarbeit mit der Amtlichen Materialprüfungsanstalt Bremen neuartige Bakterien entdeckt, die Eisen deutlich schneller als bisher bekannte Arten korrodieren, aber dennoch bislang offensichtlich übersehen worden sind. Experimente sprechen dafür, dass diese Bakterien dem Eisen auf eine noch ungeklärte Weise Elektronen entziehen, und Elektronenentzug bedeutet Korrosion (Nature, 26. Februar 2004).

Mit der erstmaligen Herstellung von Eisen vor vermutlich fünftausend Jahren wurde der Menschheit das auch heute noch wichtigste Gebrauchsmetall beschert. Eisen, besonders in Form von Stählen, ist fest, elastisch, gut zu verarbeiten, härtbar und zudem preiswert. Eisen hat nur einen gravierenden Nachteil: Ohne Schutzanstrich oder ohne Legierung mit anderen, teureren Metallen rostet es, d.h. der Sauerstoff der Luft oxidiert das feste metallische Eisen in nasser Umgebung fortschreitend zu bröseligen, wasserhaltigen Oxiden, wobei - chemisch gesehen - das nullwertige Metall dreiwertig positiv wird. Doch auch unter Ausschluss von Sauerstoff ist Eisen nicht beliebig beständig, sondern wird von Wasser allein angegriffen; dabei entstehen flockige Formen des zweiwertig positiven Eisens und Wasserstoffgas. Zum Glück ist diese Korrosion unter Luftausschluss - im Vergleich zum Rosten an der Luft - sehr langsam. Deshalb hat man auch lange Zeit zum Beispiel für Heizungsrohre noch normales Eisen verwendet. Solange sie innen mit Wasser gefüllt und luftfrei blieben, trat meist über Jahrzehnte kein nennenswerter Korrosionsschaden auf.

Bei der Auflösung des Eisens, ob mit oder ohne Sauerstoff, handelt es sich um elektrochemische Prozesse, d.h. es erfolgen nicht nur chemische Reaktionen, sondern es fließen auch elektrische Ströme, etwa wie in einer kurzgeschlossenen Batterie. Da mag es zunächst überraschen, ds auch Mikroorganismen, also kleinste einzellige Lebewesen, bei der Eisenkorrosion ein Rolle spielen können. Tatsächlich weiß man aber schon seit mehr als siebzig Jahren, dass die sonst erstaunlich lange Haltbarkeit von Eisen in luftfreiem Wasser durch bestimmte Bakterien dramatisch verkürzt werden kann. Überhaupt verfügen diverse Mikroorganismen-Arten über Mechanismen, etliche harte Materialien wie Kalksandstein oder die Substanz unserer Zähne aufzulösen. Während die Auflösung letzterer Materialien relativ einfach durch Säurewirkung ohne Beteiligung von elektrischen Strömen erklärt werden kann, ist die Auflösung von Eisen durch Mikroorganismen ein komplexer elektrochemischer Prozess. Dieser macht sich nicht so sehr als flächige Korrosion, sondern eher als Lochfraß bemerkbar, der in Pipelines kostspielige Schäden verursachen kann. Hauptverursacher sind so genannte sulfatreduzierende Bakterien. Sie sind überall in Gewässern verbreitet und infizieren weder Mensch und Tier noch Pflanze.

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Quelle: Max-Planck-Gesellschaft




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