Hvad er katodisk beskyttelse?
Katodisk beskyttelse er en metode til at beskytte metalkonstruktioner mod korrosion. De metaller, hvorfra disse strukturer er fremstillet - ofte stål - er tilbøjelige til korrosion gennem en oxidationsreaktion, når de er i hyppig kontakt med vand. Reaktionen involverer, at metallet opgiver elektroner og fremmes ved spor af salte, der er opløst i vandet, hvilket får vandet til at virke som en elektrolyt. Korrosion kan således ses som en elektrokemisk proces. Katodisk beskyttelse forvandler metalstrukturen til en katode - en positivt ladet elektrode - ved at oprette en elektrokemisk celle ved hjælp af et mere elektropositivt metal som anoden, så strukturen ikke mister elektroner til dets omgivelser.
Denne beskyttelsesmetode kan bruges på underjordiske rør og tanke. over jorden strukturer, såsom elektricitetspyloner; og delvist nedsænkede strukturer, såsom skibe og borerigge. Det kan også bruges til at beskytte stålstængerne i armeret beton. Metaller, der er mere modstandsdygtige over for korrosion, har en tendens til at være dyrere end stål og kan mangle den nødvendige styrke, så korrosionsbeskyttet stål er normalt den bedste mulighed, skønt andre metaller, der kan korrodere, også kan beskyttes på denne måde.
Stål består hovedsageligt af jern, der har et redoxpotentiale på -0,41 volt. Dette betyder, at det vil have en tendens til at miste elektroner i et miljø, der har et mindre negativt redoxpotentiale, såsom vand, der kan komme i kontakt med dette metal i form af regn, kondens eller fugtig, omgivende jord. Vanddråber i kontakt med jern danner en elektrokemisk celle, hvor jern oxideres ved reaktionen Fe -> Fe 2+ + 2e - . Jern II (Fe 2+ ) -ionerne går i opløsning i vandet, mens elektronerne strømmer gennem metallet, og ved kanten af vandet producerer en vekselvirkning mellem elektronerne, ilt og vand hydroxid (OH - ) ioner af reaktion: O 2 + 2H 2 O + 4e - -> 4OH - . De negative hydroxidioner reagerer med de positive jern II-ioner i vandet og danner uopløseligt jern II-hydroxid (Fe (OH) 2 ), som derefter oxideres til jern III-oxid (Fe203), bedre kendt som rust.
Der er to hovedmetoder til katodisk beskyttelse, der søger at forhindre denne korrosion ved at tilvejebringe en alternativ kilde til elektroner. Ved galvanisk beskyttelse er et metal med et mere negativt redoxpotentiale end det metal, der skal beskyttes, forbundet til strukturen af en isoleret ledning, der danner en anode. Magnesium, med et redoxpotentiale på -2,38 volt, bruges ofte til dette formål - andre almindeligt anvendte metaller er aluminium og zink. Denne procedure opretter en elektrisk celle med en strøm, der flyder fra anoden til strukturen, der fungerer som katoden. Anoden mister elektroner og er korroderet; af denne grund er det kendt som en "offeranode."
Et problem med galvanisk katodisk beskyttelse er, at anoden til sidst bliver korroderet til det punkt, hvor den ikke længere giver beskyttelse og skal udskiftes. Et alternativt katodisk beskyttelsessystem er Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). Dette svarer til den galvaniske metode, bortset fra at en strømforsyning bruges til at generere en elektrisk strøm fra anoden til strukturen, der skal beskyttes. En jævnstrøm (DC) i modsætning til vekselstrøm (AC) er påkrævet, så en ensretter bruges til at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm. Denne metode giver meget mere varig beskyttelse, da strømmen tilføres eksternt i stedet for at frembringes af anodens reaktion med dens omgivelser, så anodens levetid øges meget.