Das noch bis Ende diesen Jahres laufende Projekt „Biobasierter Korrosionsschutz für Metallwerkstoffe durch Analoga von mikrobiellen Exopolymeren aus nachwachsenden Rohstoffen“ strebt die Erforschung und Weiterentwicklung gezielt funktionalisierter EPS-analoger (EPS = extrazellulärer polymerer Substanzen), biogener Substanzen zur Verhinderung von mikrobiell beeinflusster Korrosion (MIC) unlegierter und hochlegierter Stähle, insbesondere durch Sulfat-reduzierende Prokaryonten (SRP), Schwefel-oxidierende Bakterien (SOB) und Mangan-oxidierende Mikroorganismen (MOMO) an. Da konventionelle Maßnahmen gegen MIC im allgemein teuer, ineffektiv und/oder bedenklich für die Umwelt sind, stellt die Anwendung dieser EPS-analogen und unbedenklichen biogenen Substanzen einen vielversprechenden neuen Ansatz dar.
Projektbeschreibung
Mikrobielle Biofilme und bakterielle EPS können Korrosion sowohl verstärken als auch unterdrücken. Beide Effekte werden durch die Wechselwirkungen zwischen Werkstoff und insbesondere den EPS beeinflusst, wobei die chemische Zusammensetzung der EPS über Schad- oder Schutzwirkung und das jeweilige Ausmaß entscheidet. Ähnlich zu klassischen Grenzflächeninhibitoren werden für EPS einige funktionelle Endgruppen wie Carboxylate, Sulfate oder Phosphate als maßgeblich für die Wechselwirkung diskutiert und scheinen auch für die Adsorption der EPS und der dadurch vermittelten Zelladhäsion entscheidend zu sein. Darauf basierend sollte die Unterdrückung der Zelladhäsion durch gezielte, selektive Blockade von anodischen und/oder kathodischen Zentren der Werkstoffoberfläche durch geeignete Substanzen und Ausbildung eines Schutzfilmes möglich sein — vergleichbar der Maskierung von ‘aktiven Zentren’ durch spezifisch adsorbierte Grenzflächeninhibitoren. Auch sollte die Zelladhäsion durch Blockade der bakteriellen Chemotaxis zu Eisenionen hin erfolgen können, wenn die Ionen durch geeignete Substanzen maskiert werden. Als viel versprechende biogene polymere Substanzen haben sich einige bereits in eigenen Arbeiten untersuchte EPS herausgestellt. Weitere biogene Substanzen wie Dextrane und Saccharide oder auch Substanzgemische sind ebenfalls nachweislich zum Schutz von Metallwerkstoffen vor abiotischer Korrosion und sogar partiell vor chloridinduziertem Lochfraß brauchbar. In den Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass chemisch modifizierte Cyclodextrine als Adsorbate auf unlegiertem Stahl eine Verminderung des Massenverlustes bei MIC von bis zu 84% bewirkten. Neben dieser Substanzgruppe sollen Phospholipide, bakterielle EPS und weitere noch zu identifizierende biogene Substanzen als Grundlagen für ein innovatives Schutzkonzept für Metallwerkstoffe gegen Biokorrosion und abiotische Korrosion untersucht werden.
Förderhinweis
Das IGF-Verbundprojekt Nr. 16953 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und ‑entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Laufzeit ist von 1. Februar 2011 bis 31. Dezember 2013.
Hintergrund zum aktuellen Projekt
Im Vorläuferprojekt „Biofilm-induzierte Korrosionsinhibition“ konnte ein Schutzeffekt zellfreier bakterieller EPS unterschiedlicher Herkunft gegen MIC von Stählen gezeigt werden. Dabei konnte sowohl die Anheftung schädlicher Mikroorganismen an die Werkstoffoberfläche als auch das Ausmaß der Korrosion deutlich reduziert werden. Beide Schutzeffekte können dabei wahrscheinlich auf die verschiedenen funktionellen Gruppen und Einzelsubstanzen der komplexen EPS-Matrix zurückgeführt werden. Quelle: Universität Duisburg-Essen/DECHEMA e.V.
