La corrosión microbiana , también llamada corrosión influida microbiológicamente (MIC) , corrosión inducida microbianamente ( MIC ) o biocorrosión , es cuando los microbios afectan el entorno electroquímico de la superficie en la que se encuentran. Esto generalmente implica la construcción de una biopelícula , que puede provocar un aumento de la corrosión de la superficie o, en un proceso llamado inhibición de la corrosión microbiana, proteger la superficie de la corrosión.
Dado que cada superficie que de alguna manera está expuesta al medio ambiente también está expuesta a microbios, [1] la corrosión microbiana causa billones de dólares en daños en todo el mundo anualmente. [ cita necesaria ]
Los microbios actúan produciendo subproductos de sus procesos celulares que corroen los metales o impidiendo el funcionamiento de los inhibidores de corrosión normales y dejando superficies abiertas al ataque de otros factores ambientales. [2]
Algunas bacterias reductoras de sulfato producen sulfuro de hidrógeno , que puede provocar agrietamiento por tensión del sulfuro . Las bacterias Acidithiobacillus producen ácido sulfúrico ; Acidothiobacillus thiooxidans daña frecuentemente las tuberías de alcantarillado . Ferrobacillus ferrooxidans oxida directamente el hierro a óxidos e hidróxidos de hierro ; Los ruidos que se forman en los restos del RMS Titanic son causados por actividad bacteriana. Otras bacterias producen diversos ácidos , tanto orgánicos como minerales, o amoníaco .
En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas como Acidithiobacillus thiooxidans , Thiobacillus thioparus y Thiobacillus concretivorus , las tres ampliamente presentes en el medio ambiente, son los factores comunes que causan la corrosión y dan como resultado la corrosión por sulfuro biogénico .
Sin presencia de oxígeno, son comunes las bacterias anaerobias , especialmente Desulfovibrio y Desulfotomaculum . Desulfovibrio salixigens requiere al menos una concentración de cloruro de sodio del 2,5% , pero D. vulgaris y D. desulfuricans pueden crecer tanto en agua dulce como salada. D. africanus es otro microorganismo común que causa corrosión. El género Desulfotomaculum comprende bacterias formadoras de esporas reductoras de sulfato; Dtm. orientis y Dtm. Los nigrificans intervienen en los procesos de corrosión. Los reductores de sulfato requieren un entorno reductor; Se requiere un potencial de electrodo inferior a −100 mV para que prosperen. Sin embargo, incluso una pequeña cantidad de sulfuro de hidrógeno producido puede lograr este cambio, por lo que el crecimiento, una vez iniciado, tiende a acelerarse. [ cita necesaria ]
Pueden existir capas de bacterias anaeróbicas en las partes internas de los depósitos de corrosión, mientras que las partes externas están habitadas por bacterias aeróbicas.
Algunas bacterias pueden utilizar el hidrógeno formado durante los procesos de corrosión catódica.
Las colonias y depósitos bacterianos pueden formar células de concentración , provocando y potenciando la corrosión galvánica . [3]
La corrosión bacteriana puede aparecer en forma de corrosión por picaduras , por ejemplo en tuberías de la industria del petróleo y del gas. [4] La corrosión anaeróbica es evidente como capas de sulfuros metálicos y olor a sulfuro de hidrógeno. En el hierro fundido , el resultado puede ser una lixiviación selectiva por corrosión grafítica , en la que las bacterias consumen el hierro, dejando en su lugar una matriz de grafito con baja resistencia mecánica.
Se pueden utilizar varios inhibidores de corrosión para combatir la corrosión microbiana. Las fórmulas basadas en cloruro de benzalconio son comunes en la industria petrolera .
La corrosión microbiana también puede aplicarse a los plásticos , el hormigón y muchos otros materiales. Dos ejemplos son las bacterias que comen nailon y las bacterias que comen plástico.
Los hongos pueden causar corrosión microbiana del hormigón. Con factores ambientales adecuados, como humedad, temperatura y fuentes de carbono orgánico, los hongos producirán colonias en el concreto. Algunos hongos pueden reproducirse asexualmente. Este proceso común entre los hongos permite que muchas esporas de hongos nuevas se propaguen rápidamente a nuevos entornos, desarrollando colonias enteras donde no existía nada. Estas colonias y las nuevas esporas producidas utilizan hifas para absorber los nutrientes ambientales.
Las hifas son increíblemente pequeñas y delgadas y crecen sólo de 2 a 6 micrómetros de diámetro. Las hifas de los hongos se utilizan para llegar profundamente a minúsculos agujeros, grietas y barrancos del hormigón. Estas áreas contienen humedad y nutrientes con los que sobrevive el hongo. A medida que más hifas se abren paso en estas pequeñas grietas y hendiduras, la presión hace que esos espacios se expandan, de manera similar a cómo el agua se congela en pequeños agujeros y grietas, lo que hace que se ensanchen. La presión mecánica permite que las grietas se expandan, lo que hace que entre más humedad y, por lo tanto, los hongos tienen más nutrientes, lo que les permite viajar más profundamente en la estructura de concreto. Al alterar su entorno, los hongos descomponen el hormigón y su capa alcalina, proporcionando así las condiciones ideales para que las bacterias que causan la corrosión degraden aún más las estructuras de hormigón.
Otra forma en que los hongos causan corrosión en el concreto es a través de ácidos orgánicos producidos naturalmente por los hongos. Estos ácidos orgánicos reaccionan químicamente con el calcio 2+ en el concreto, lo que produce sales solubles en agua como producto. Luego se libera el calcio 2+, lo que causa grandes daños a la estructura con el tiempo. Debido a que los hongos expulsan jugos digestivos para obtener nutrientes, la estructura sobre la que crecen comenzará a disolverse. Lo mismo ocurre con el hormigón, cuando echan raíces hongos como el Fusarium . Un experimento comparó la corrosión de la bacteria Tiobacillus con la corrosión de un hongo llamado Fusarium. En el experimento, a ambos grupos de organismos se les proporcionaron las condiciones adecuadas para crecer, junto con una pieza igual de hormigón en cada experimento. Después de 147 días, la bacteria Tiobacillus provocó una reducción de masa del 18%. Sin embargo, el hongo Fusarium provocó una reducción de masa del 24% en el mismo período de tiempo, mostrando así sus capacidades corrosivas.
Bhattacharyya [5] realizó un estudio sobre los tres tipos distintos de hongos que se sabe que causan corrosión del concreto: Aspergillus tamarii, Aspergillus niger y Fusarium. Aspergillus tamarii fue el más destructivo de los tres hongos. Hace que las grietas se ensanchen y profundicen, se arraigan rápida y eficazmente y promueve el oxalato de calcio. Al provocar oxalato de calcio, se produce un aumento en la velocidad de lixiviación de los iones de calcio, lo que reduce la resistencia general del hormigón. En 90 días, la exposición al hongo resultó en una reducción de masa del 7,2% en el concreto. Aspergillus niger fue el segundo peor infractor de los tres, seguido por Fusarium, que puede reducir la masa de concreto en 6,2 gramos en un solo año, así como hacer que el pH baje de 12 a 8 en el mismo período de tiempo. [6]
Los microorganismos que utilizan hidrocarburos, principalmente Cladosporium resinae y Pseudomonas aeruginosa, y las bacterias reductoras de sulfato , conocidas coloquialmente como "chinches HUM", están comúnmente presentes en el combustible para aviones . Viven en la interfaz agua-combustible de las gotas de agua, forman esteras parecidas a gel de color negro, marrón y verde oscuro y causan corrosión microbiana en las piezas de plástico y caucho del sistema de combustible de los aviones al consumirlas, y en las piezas metálicas al consumirlas. los medios de sus productos metabólicos ácidos. También se les llama incorrectamente algas debido a su apariencia. FSII , se añade al combustible como retardante del crecimiento. Hay alrededor de 250 tipos de bacterias que pueden vivir en el combustible para aviones, pero menos de una docena son significativamente dañinas. [7]
Los microorganismos pueden afectar negativamente [ ¿cómo? ] elementos radiactivos confinados en residuos nucleares . [ cita necesaria ]
Múltiples factores producidos por el medio ambiente estimulan la corrosión y el deterioro del hormigón, como las condiciones de congelación, la exposición a la radiación y los ciclos de calor extensos o ciclos de congelación-descongelación y húmedo-seco. Los ciclos que provocan averías mecánicas del hormigón, como los ciclos de congelación y descongelación, son increíblemente ruinosos. Todo esto proporciona formas para que los microbios tomen el control, erosionando y debilitando aún más las estructuras hechas de concreto. Un aumento en los daños a los sistemas de alcantarillado urbanizados y a las ciudades que bordean la costa ha obligado a la gente a investigar más a fondo cómo preservar el hormigón de los microbios.
Para detener el daño causado por los microbios, se debe lograr una comprensión completa de los microbios que causan la corrosión. Esto incluye saber de qué están compuestos los microbios específicos y su comunidad y cómo descomponen el hormigón estructural. Los factores ambientales estresantes en las estructuras a menudo promueven la corrosión microbiana causada por bacterias, arqueas, algas y hongos. Estos microorganismos dependen de su entorno para proporcionar humedad, niveles de pH y recursos adecuados que permitan la reproducción.
El nivel de pH del hormigón influye en gran medida en los microbios que pueden reproducirse y en el daño que se produce al hormigón. Una superficie de hormigón es alcalina, lo que dificulta la germinación de los microbios. Sin embargo, los procesos químicos del medio ambiente y los propios microorganismos provocan cambios en el hormigón. Las condiciones ambientales combinadas con la carbonización causada por microbios seleccionados producen cambios negativos en el pH del concreto. Estos pocos microbios pueden excretar metabolitos que cambian el pH de 12 a 8. Con un nivel de pH más bajo, más microorganismos pueden sobrevivir en el concreto, acelerando así la velocidad de corrosión. Esto se convierte en un problema extremo, ya que muchos microbios que atacan al hormigón sobreviven en condiciones anaeróbicas. Las alcantarillas, por ejemplo, tienen bajos niveles de oxígeno y un alto contenido de nitrógeno y gas sulfúrico, lo que las hace perfectas para los microbios que metabolizan esos gases. [5]
Las estructuras de las redes de alcantarillado son propensas al biodeterioro de los materiales debido a la acción de algunos microorganismos asociados al ciclo del azufre. Puede ser un fenómeno gravemente dañino que fue descrito por primera vez por Olmstead y Hamlin en 1900 [8] para una alcantarilla de ladrillos ubicada en Los Ángeles. El mortero para juntas entre los ladrillos se desintegró y los herrajes estaban muy oxidados. La junta de mortero se había hinchado hasta dos o tres veces su volumen original, lo que provocó la destrucción o el aflojamiento de algunos ladrillos.
Alrededor del 9% de los daños descritos en las redes de alcantarillado pueden atribuirse a la acción sucesiva de dos tipos de microorganismos. [9] Las bacterias reductoras de sulfato (SRB) pueden crecer en capas relativamente gruesas de lodo sedimentario y arena (normalmente de 1 mm de espesor) que se acumulan en el fondo de las tuberías y se caracterizan por condiciones anóxicas. Pueden crecer utilizando compuestos de azufre oxidados presentes en el efluente como aceptores de electrones y excretar sulfuro de hidrógeno (H 2 S). Este gas luego se emite en la parte aérea de la tubería y puede impactar la estructura de dos maneras: directamente al reaccionar con el material y provocar una disminución del pH, o indirectamente a través de su uso como nutriente por bacterias oxidantes de azufre ( SOB), que crece en condiciones óxicas, que producen ácido sulfúrico biogénico. [10] La estructura luego se somete a un ataque de ácido sulfúrico biogénico. Materiales como cementos de aluminato de calcio , PVC o tuberías de arcilla vitrificada pueden sustituirse por alcantarillas ordinarias de hormigón o acero que no son resistentes en estos ambientes. La reducción de la corrosión del acero dulce en agua mediante la absorción de oxígeno disuelto la lleva a cabo Rhodotorula mucilaginosa(7).
Se han desarrollado muchos métodos para restringir la corrosión microbiana. El principal desafío ha sido encontrar formas de prevenir o detener el crecimiento microbiano sin impactar negativamente el medio ambiente circundante. La siguiente lista proporciona una descripción general de algunas de las tácticas que se han utilizado o que están en desarrollo.
Rao y Mulky [2] desarrollaron una extensa lista de métodos para limitar el crecimiento de microbios y, por tanto, la corrosión microbiana.
Aunque los microorganismos suelen ser responsables de la corrosión, también pueden proteger las superficies de la corrosión. [12] Por ejemplo, la oxidación es una causa común de corrosión. Si una superficie susceptible tiene una biopelícula que la cubre y que absorbe y utiliza oxígeno, entonces esa superficie estará protegida de la corrosión debido a la oxidación. Las biopelículas también pueden liberar compuestos antimicrobianos, lo cual es útil si la biopelícula no es corrosiva y puede disuadir a los microbios que sí lo serían. Las biopelículas proporcionan una barrera entre una superficie y el ecosistema que la rodea, por lo que, siempre que la biopelícula no tenga efectos adversos, también puede servir como protección contra la corrosión. [11] Debido a que las biopelículas no impactan negativamente el ecosistema, son potencialmente uno de los mejores mecanismos para la inhibición de la corrosión. También pueden alterar las condiciones de la superficie de un metal para que sea menos probable que se dañe, evitando la corrosión. [2]