Wat is kathodische bescherming?
Kathodische bescherming is een methode om metalen structuren te beschermen tegen corrosie. De metalen waaruit deze structuren worden gemaakt - meestal staal - zijn gevoelig voor corrosie door een oxidatiereactie wanneer ze vaak in contact komen met water. De reactie houdt in dat het metaal elektronen afgeeft en wordt bevorderd door sporen van zouten opgelost in het water, waardoor het water als een elektrolyt werkt. Corrosie kan dus worden gezien als een elektrochemisch proces. Kathodische bescherming verandert de metalen structuur in een kathode - een positief geladen elektrode - door een elektrochemische cel op te zetten met een meer elektropositief metaal als de anode, zodat de structuur geen elektronen verliest aan zijn omgeving.
Deze beschermingsmethode kan worden gebruikt op ondergrondse pijpen en tanks; bovengrondse structuren, zoals elektriciteitsmasten; en gedeeltelijk onder water staande constructies, zoals schepen en boorplatforms. Het kan ook worden gebruikt om de stalen staven in gewapend beton te beschermen. Metalen die beter bestand zijn tegen corrosie, zijn meestal duurder dan staal en missen mogelijk de nodige sterkte, dus tegen corrosie beschermd staal is meestal de beste optie, hoewel andere metalen die kunnen corroderen ook op deze manier kunnen worden beschermd.
Staal bestaat voornamelijk uit ijzer, met een redoxpotentiaal van -0,41 volt. Dit betekent dat het de neiging heeft elektronen te verliezen in een omgeving met een minder negatief redoxpotentiaal, zoals water, dat in contact kan komen met dit metaal in de vorm van regen, condensatie of vochtige, omliggende grond. Waterdruppels in contact met ijzer vormen een elektrochemische cel waarin ijzer wordt geoxideerd door de reactie Fe -> Fe 2+ + 2e - . De ijzer II (Fe 2+ ) ionen gaan in oplossing in het water, terwijl de elektronen door het metaal stromen, en aan de rand van het water, een interactie van de elektronen, zuurstof en water produceert hydroxide (OH - ) ionen door de reactie: O2 + 2H20 + 4e - -> 4OH - . De negatieve hydroxide-ionen reageren met de positieve ijzer II-ionen in het water en vormen onoplosbaar ijzer II-hydroxide (Fe (OH) 2 ), dat vervolgens wordt geoxideerd tot ijzer III-oxide (Fe203), beter bekend als roest.
Er zijn twee hoofdmethoden voor kathodische bescherming die deze corrosie proberen te voorkomen door een alternatieve elektronenbron te bieden. Bij galvanische bescherming is een metaal met een meer negatief redoxpotentiaalpotentieel dan het te beschermen metaal verbonden met de structuur door een geïsoleerde draad, die een anode vormt. Magnesium, met een redoxpotentiaal van -2,38 volt, wordt vaak voor dit doel gebruikt - andere veelgebruikte metalen zijn aluminium en zink. Deze procedure zet een elektrische cel op met een stroom die van de anode naar de structuur stroomt, die werkt als de kathode. De anode verliest elektronen en is gecorrodeerd; om deze reden staat het bekend als een "opofferingsanode".
Een probleem met galvanische kathodische bescherming is dat de anode uiteindelijk zal worden gecorrodeerd tot het punt waar deze niet langer bescherming biedt en moet worden vervangen. Een alternatief kathodisch beveiligingssysteem is Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). Dit is vergelijkbaar met de galvanische methode, behalve dat een voeding wordt gebruikt om een elektrische stroom van de anode naar de te beschermen structuur te genereren. Een gelijkstroom (DC), in tegenstelling tot wisselstroom (AC), is vereist, dus een gelijkrichter wordt gebruikt om AC in DC om te zetten. Deze methode biedt veel meer duurzame bescherming omdat de stroom extern wordt geleverd in plaats van te worden gegenereerd door de reactie van de anode met zijn omgeving, zodat de levensduur van de anode aanzienlijk wordt verlengd.