Microbieel beïnvloede corrosie in opslagtanks voor biobrandstoffen

Bewustzijn rond en kennis van corrosie als eerste stap richting oplossing

De eerste generatie biobrandstoffen bevat tot wel dertig keer meer water dan traditionele brandstoffen. Het is de belangrijkste reden dat bacteriën hierin  een grotere kans hebben zich te nestelen, te overleven én te vermenigvuldigen.
Dit gebeurt onder meer in opslagtanks waar steeds vaker problemen worden geconstateerd die te maken hebben met zogenaamde ‘microbieel beïnvloede corrosie’ (MIC). Tijdens een drukbezocht seminar van de Corrosion Control Technology Alliance (CCTA) gingen verschillende sprekers in op vragen: wat is MIC, welke gevolgen kan het hebben en hoe is het te voorkomen of op te lossen.

 

 

Kennis van corrosie

Corrosie is een fenomeen dat de industrie jaarlijks véél geld kost omdat het leidt tot degradatie, storingen en uiteindelijk zelfs stilstand. Het bestaat in vele vormen, heeft uiteenlopende oorzaken en vraagt dan ook specialistische kennis om de schade binnen de perken te houden. Een complexe opgave aangezien deze kennis afkomstig is van verschillende vakdisciplines waaronder scheikunde, procestechnologie, ontwerpen (engineering) en materiaalkunde.

Om problemen met corrosie zo goed mogelijk te kunnen ‘tackelen’, heeft Corrosion Control Technology Alliance diverse bedrijven samengebracht die de volledige kennisbehoefte afdekken. Door samen te werken, biedt de alliantie de industrie een loket om alle vragen over corrosie te deponeren en advies in te winnen. Frans van der Kolk, eigenaar van Technocom en initiator/coördinator van deze alliantie: “Bewustzijn en kennis van het fenomeen corrosie is en blijft de eerste stap richting een oplossing. Wanneer je niet weet waardoor het ontstaat, is het lastig om het op te lossen en kom je vaak niet verder dan symptoombestrijding. Om die reden richten wij ons in eerste instantie op onderzoek en analyse en organiseren we al tien jaar lang seminars om deze kennis over te dragen en de markt te helpen bij het bestrijden van corrosie. In maart hebben we een seminar georganiseerd dat zich specifiek richt op corrosie in opslagtanks. Daarbij lag de focus op microbieel beïnvloede corrosie – kortweg MIC – waarmee vooral de opslagbranche van biobrandstoffen steeds meer te maken krijgt. Deze vorm van corrosie is als een sluipmoordenaar. Hij is namelijk praktisch niet detecteerbaar en áls het proces eenmaal begonnen is, gaat het zo razendsnel dat een halfjaarlijkse of jaarlijkse inspectie op lang na niet dekkend is om de bijhorende problemen tijdig te tackelen. MIC moet dan ook zoveel mogelijk worden voorkomen.”

Wat is MIC?

Corrosie wordt in de volksmond veelal aangeduid met roest waarmee wordt gedoeld op de roodbruine, brosse materie die vooral metalen treft die zich in vochtige, zoute of andersoortig agressieve omgevingen bevinden. Onder invloed van deze omgeving vinden er scheikundige processen plaats waarbij het metaal wordt aangetast en langzaam ‘vergaat’. Roest is echter niets anders dan een symptoom van bepaalde elektrochemische processen en treedt lang niet bij alle corrosieprocessen op. De grote gemeenschappelijke deler van de verschillende soorten corrosie is het transport van elektronen van een materiaal met een meer negatieve lading (anode) naar een aangrenzend materiaal (kathode). Hierdoor gaat de anode een reactie aan met zuurstof wat de uiteindelijke corrosieproducten oplevert. Naast een anode en een kathode kenmerkt een corrosiereactie zich door een medium waardoor de elektronen zich kunnen verplaatsen. Hoe beter dit medium geleidt, hoe sneller het corrosieproces zich voltrekt. Deze geleidbaarheid neemt toe in een zure, basische, zoute of vervuilde omgeving.

 

Een relatief bijzondere vorm van corrosie is de Microbieel Beïnvloede Corrosie of kortweg: MIC. Dit fenomeen – waarin bacteriën een hoofdrol spelen – treedt onder meer op in opslagtanks voor biobrandstoffen. Deze brandstoffen bevatten namelijk tot dertig keer meer water dan traditionele brandstoffen en vormen hiermee een relatief gunstig leef­gebied voor bacteriën. Bovendien ‘ademen’ opslagtanks waardoor condensatie aan de tankwand ontstaat en het aandeel water in de tank verder toeneemt.

 

Mechanismen

Om het agressieve karakter van MIC te begrijpen, het volgende: bacteriën zijn in staat een zogenaamde biofilm te vormen waarmee zij hun eigen overlevingskansen maximaliseren. Bij de meest gangbare vorm van MIC zetten bacteriën ónder deze biofilm de zwavelcomponent uit het milieu om naar sulfide. Deze zwavelverbinding laat lokaal de zuurgraad sterk dalen waardoor een zeer zuur milieu en dus een agressieve omgeving ontstaat tussen de biofilm en het oppervlak van de tank. In deze omgeving gaat het staal snel in oplossing en vormt met zwavel corrosieproducten (zwartkleurige ijzerzwavelverbindingen). Deze vorm van corrosie kan zich ook eenvoudig ontwikkelen in zuurstofarme omgevingen omdat er vaak sprake is van symbiose tussen aerobe en anaerobe bacteriën.

 

 

Naast deze meest gangbare vorm van MIC bestaan er ook ijzer oxiderende bacteriën die MIC veroorzaken in hoofdzakelijk stalen en gietijzeren leidingen waar zuurstof aanwezig is. Omdat hierbij grote hoeveelheden organisch en anorganisch materiaal, corrosieproducten en cellulair materiaal worden gevormd, verhoogt deze MIC de kans op verstopping van onder meer leidingen, injectoren, pompen en warmtewisselaars. Daarnaast bestaan er slijmproducerende bacteriën die de eerdergenoemde biofilm bevorderen en zwavelreducerende bacteriën die troebelingen van de olie veroorzaken.

Frans van der Kolk: “Een bacterie is ten opzichte van een tankoppervlak natuurlijk bijzonder klein, maar het probleem is dat ze zich razendsnel kunnen vermenigvuldigen. Bij voldoende voeding ontstaat uit 1 bacterie binnen een tijdsbestek van 8 uur een aantal van rond de 16 miljoen. Dit betekent dat MIC gemakkelijk honderd keer sneller kan verlopen dan traditionele corrosieprocessen. Daarbij versterken de processen die de bacteriën op gang brengen elkaar waardoor het nog sneller gaat. Het detecteren van MIC – áls dat al lukt – betekent in alle gevallen dan ook: direct handelen.”

Gevolgen van MIC

De gevolgen van MIC zijn vergelijkbaar met ‘gewone’ corrosie: aantasting van metalen en hiermee de oorzaak van onder meer lekkages en verstoppingen door corrosieproducten. Frans van der Kolk: “Zoals eerder aangegeven vormen biobrandstoffen een relatief gunstig klimaat voor bacteriën door de relatief grote hoeveelheden water die zich in dit type brandstoffen bevinden. Daarbij komt dat biodiesels meestal in K3-tanks worden opgeslagen die in open verbinding staan met de buitenlucht. Door de hygroscopische eigenschappen van onder andere FAME, wordt vocht uit de buitenlucht aangetrokken. Dit lost zich echter niet op in de brandstof maar zakt er doorheen naar de bodem waar door de tijd een zure omgeving ontstaat, MIC haar gang kan gaan en het metaal steeds verder degradeert.”

 

 

Voorkomen is beter dan genezen

MIC is lastig te detecteren. Pitting en minuscule lekkages zijn vaak de eerste indicatie van MIC maar betekenen in veel gevallen dat het corrosieproces al goed op gang is en het probleem al geschied. De tankbodem en het onderste deel van de wand zijn dan vaak al op vele plaatsen aangetast waarbij de schade bestaat uit minuscuul kleine kanaaltjes die door de bacteriën zijn gevormd. Reinigen is lastig. De biofilm vormt een eerste barrière maar nog belangrijker is het feit dat de kanaaltjes – met hierin de bacteriën – kleiner zijn dan watermoleculen. Reinigingsproducten, al dan niet onder hoge druk, kunnen hierin dus niet doordringen. Het leeghalen en reinigen van een ketel of tank na het vaststellen van MIC is derhalve in veel gevallen niet voldoende.

Bovenstaande impliceert dat het eigenaars van tanks en leidingsystemen zich het beste kunnen richten op het voorkomen van MIC. Frans van der Kolk: “Dit ís mogelijk. Een MIC-vrij systeem begint bij een goed ontwerp en vervolgens de juiste bouwwijze en inbedrijfstelling. Dit klinkt als veel extra werk en zal dus alleen serieus worden genomen door bedrijven die zich bewust zijn van de problemen en bijhorende kosten van MIC.”

Ontwerp en montage

Bij het ontwerp van een ketel of installatie waar de kans bestaat op MIC, is vooral het materiaalgebruik een aandachtspunt. Door zoveel mogelijk te werken met kunststoffen is aantasting van het materiaal al deels te voorkomen. Met leidingen en koppelingen lukt dit vaak wel, maar zeer grote ketels hebben een dermate groot eigengewicht en moeten dermate hoge krachten opvangen als gevolg van het opgeslagen medium, dat kunststof hier geen uitkomst biedt. Hier valt de keuze dus toch op een staalsoort die eventueel te voorzien is van een beschermende coating aan de binnenzijde van de uiteindelijke ketel.

Tijdens de assemblage en montage op locatie is het belangrijk dat leidingen onder afschot worden gemonteerd en volledig gedraind. Wanneer dit niet mogelijk is, behoort het geforceerd drogen van leidingen en ketel tot de mogelijkheden. Dit moet dan gebeuren ná de zogenaamde ‘hydrotest’ die wordt gehouden om te zien of de tank en bijhorende leidingwerk lekdicht zijn. Frans van der Kolk: “Deze test kan letterlijk de bron van MIC zijn, maar is op geen enkele manier over te slaan. De lekdichtheid móet immers worden vastgesteld en er zijn geen andere methoden beschikbaar om dit te doen dan de ketel te vullen met water.”

Om de kans op bacterievorming te verkleinen als gevolg van deze hydrotest, wordt veelal gedemineraliseerd water gebruikt. Verder worden er stoffen aan toegevoegd die bacteriegroei voorkomen of reeds aanwezige bacteriën doden. Frans van der Kolk: “Vooralsnog lijkt het spoelen van het systeem na de watertest met behandeld water (bijvoorbeeld met een biocide) en daarna goed drogen de beste manier om een tank in optimale conditie te brengen voorafgaand aan het vullen met brandstof. Worden de tank en het leidingwerk gedurende langere tijd nog niet gebruikt, dan is het vullen met droge lucht of stikstof het meest kansrijk.”

Wanneer genezen noodzakelijk is

Wanneer tóch MIC wordt vastgesteld, (ervan uitgaande dat dit tijdig is gebeurd), dan is het noodzakelijk om zo snel mogelijk in te grijpen. Hiervoor zijn verschillende methodes die zich in eerste instantie richten op het verwijderen van de biofilm om zo de leefomgeving van bacteriën te vernietigen.

• Dit is mogelijk met onder meer een snelle chemische behandeling waarbij het systeem wordt gespoeld. Na het spoelen zijn de bacteriën dood, maar houdt de werking van deze methode ook direct op. Nabesmetting door micro-organismen die zich verschansen in poriën en kanaaltjes en daardoor onbereikbaar voor de chemicaliën, is dan nog mogelijk. Ook is er sprake van restproduct dat als afval moet worden verwerkt. Om nabesmetting te voorkomen is het nodig de leidingen goed te drogen of het medium te voorzien van een (water)behandelingsproduct. Dit is niet noodzakelijk wanneer het medium zelf geen overlevingskansen biedt aan bacteriën.
• Een tweede methode is de toepassing van ultraviolet licht. Hier ontstaan geen nevenproducten maar liggen de onderscheidende beperkingen in de kosten en levensduur van de lamp en het feit dat de methode niet altijd voldoende effectief is. Vooral wanneer zich veel zwevend product (kleideeltjes e.d.) in het medium bevinden. Tot slot bestaat de mogelijkheid voor chemische behandeling met bijvoorbeeld Javel/natriumhypochloriet, chloordioxide of waterstofperoxide. Ieder met zijn eigen voordelen en beperkingen.

Schakel een specialist in

Frans van der Kolk: “In feite geldt dat bijna iedere situatie uniek is wanneer het aankomt op MIC en andere corrosiemechanismen. Zowel bij het voorkomen als de bestrijding ervan. Ieder situatie vraagt dan ook om zijn eigen specifieke aanpak waarvoor kennis nodig is van alle factoren die hierin een rol kunnen spelen. En die factoren zijn soms behoorlijk verborgen. Een mooi voorbeeld hiervan is een bedrijf dat in het kader van energiebesparing de procestemperatuur een aantal graden verlaagt. Voor het proces zelf geen probleem, maar de lagere temperatuur leidde tot een situatie waarin het veranderde dauwpunt resulteerde in corrosie.

Een andere, relatief veel voorkomende si­tuatie, is de installatie waar een tank wordt afgekoppeld waardoor in een klein stukje leiding geen voortdurende stroming meer heerst (dode ruimte) en bacteriën alle mogelijkheden krijgen zich te nestelen. En zo zijn er nog honderden factoren te noemen die het verschil kunnen maken tussen wel en geen corrosie of wel en geen bacteriegroei en MIC. Het inwinnen van advies is in dit kader dan ook echt geen overbodige luxe.”