Rost schläft nicht

5. August 2008, 20:03
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Rund vier Prozent des Bruttoinlandsprodukts gehen in industrialisierten Ländern durch Korrosion verloren - Österreichische Forscher entwickeln Gegenstrategien

Wenn Brücken oder Gebäude einstürzen, kann Korrosion die Ursache sein. Die chemische Reaktion eines Werkstoffes mit der Umgebung, umgangssprachlich oft "Rost" genannt, war zum Beispiel am Einsturz der 580 Meter langen Mississippibrücke in Minneapolis am 1. August 2007 schuld. Aber auch in Ölbohranlagen, Schwimmbädern oder beim Automobilbau spielt Korrosion eine große Rolle.

Grund genug für die Wissenschaft, dieses Phänomen genauer zu untersuchen. Denn es geht dabei nicht um Kleinigkeiten: "Rund vier Prozent des Bruttoinlandprodukts gehen in industrialisierten Ländern jährlich durch Korrosion verloren", sagt Gregor Mori, Korrosionsexperte vom Institut für allgemeine und analytische Chemie der Montan-Uni Leoben. "In Österreich sind das, grob geschätzt, acht bis zehn Milliarden Euro", rechnet Mori vor. Diese Kosten setzen sich aus der Erneuerung von Bauwerken und Infrastruktur und aus dem Abschalten von Maschinen zwecks Reparatur und Austausch von Bestandteilen zusammen, wobei der Produktionsverlust noch nicht einmal eingerechnet wurde.

Wie kann man den Rost bekämpfen? Relativ harmlos und gut beherrschbar ist eine gleichförmige Korrosion an der Oberfläche, etwa die grüne Patina auf einem Kupferdach, bei der leicht ausgerechnet werden kann, wie lange das Material hält. Viel problematischer sind lokale Korrosionsarten, etwa die Lochkorrosion in Edelstahlschwimmbädern, bei der durch die Chloride im Wasser an einer Stelle unbemerkt ein Loch entsteht, während an anderen Stellen überhaupt kein Schaden sichtbar ist.

Außerdem gibt es noch die sogenannte Spannungsrisskorrosion: Wenn ein Bauteil über längere Zeit sowohl einer mechanischen Beanspruchung als auch einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, kann es zu einem ganz plötzlichen Versagen kommen, weil sich der Bauteil nicht mehr elastisch, sondern spröde verhält. Ein Beispiel dafür ist eine Kongresshalle in Berlin, wegen ihrer Form oft "Schwangere Auster" genannt. Im Mai 1980 stürzte die Dachkonstruktion während einer Konferenz ein.

Winzig klein begonnen

Die Forschergruppe von Gregor Mori und ein zweites Team um Paul Linhardt an der Technischen Versuchs- und Forschungsanstalt der TU Wien versuchen zu verstehen, warum ein Loch oder ein Riss entsteht. Meist beginnt dies winzig klein. Außerdem arbeiten die Forscher an Methoden zur Vorhersage, wie schnell ein Riss wachsen wird und wann er eine Gefahr für Brücken oder Gebäude darstellt.

Ein drittes Forschungsthema betrifft die Entwicklung neuer Werkstoffe, die beständiger sind als die derzeit verwendeten. In diesem Bereich gibt es eine Zusammenarbeit zwischen den Unis und der Industrie, etwa mit Böhler-Uddeholm.

Um die jahrelange Entwicklung simulieren zu können, werden im Labor extreme Bedingungen eingesetzt: höhere Spannungsbelastung des Werkstoffs oder höhere Temperaturen. Pro zehn Grad mehr verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit, bei 30 bis 50 Grad mehr ergibt das eine acht- bis fünfzigfache Verkürzung der Versuchsdauer. "Man muss aber aufpassen, ob sich bei solchen Bedingungen nicht der Korrosionsmechanismus ändert", so Mori.

Korrosion von Autokarosserien durch Witterung und Salzstreuung ist eines der Versuchsthemen. Um ein Auto leichter und verbrauchs-ärmer zu machen, werden heute Metalllegierungen mit Aluminium und Magnesium eingesetzt, die rostanfällig sind. Geschützt werden sie durch Lackbeschichtung. Die Alterung des Autos während einer 15-jährigen Lebensdauer wird durch Klimawechsel- und Salzsprühtests simuliert, die etwa vier bis sechs Wochen dauern. An der Montanuniversität werden Werkstoffproben diesen Tests unterworfen; in den großen Automobilfirmen wird das fertige Fahrzeug wochenlang Hitze, Kälte, Regen oder Salzwassersprühnebel ausgesetzt.

Die Untersuchungsmethoden bei Gebäuden oder Brücken sind ungleich schonender: Man durchleuchtet die Bauteile mit Röntgenstrahlung oder Ultraschall. Zur Überprüfung von Rohren und Pipelines wird außerdem ein kleines selbstfahrendes Gerät, der "Molch", eingesetzt, das das Innere der Pipeline entlangfährt und mittels Ultraschalls und Röntgens Risse oder Beschädigungen findet und deren Lage digital abspeichert.

An der Montan-Uni arbeitet man auch mit erdölfördernden Unternehmen zusammen - unter anderem über das Christian-Doppler-Labor für örtliche Korrosion. Der Betrieb von Ölförderanlagen und Pipelines ist sehr teuer. Reparaturen würden bedeuten, dass sie lange stillstünden. Allerdings müssen Bohrgestänge extremen Bedingungen standhalten, da bei jeder Bohrung auch prähistorisches Wasser zutage gefördert wird. Dessen hoher Salzgehalt schädigt die Bohreinrichtungen ebenso wie aggressive Gase, etwa CO2, das, in Wasser gelöst, Kohlensäure ergibt.

Wenn man Öl und Gas schnell fördert (wodurch man weniger kostenintensive Bohrlöcher anlegen muss), tritt außerdem das Problem auf, dass unbeabsichtigt auch Sand gefördert wird, der die Bohranlage durch Erosion abreibt und die Einwirkung chemischer Korrosion nach sich zieht. Die Industrie hat natürlich Interesse an Vorbeugungsmaßnahmen. In Rumänien würde die Einführung einer einzigen Korrosionsschutzmaßnahme der OMV so viel Geld einsparen, dass die Kosten für den Kauf der rumänischen Erdölfirma Petrom bald wieder hereingebracht wären. (Gerhard Hertenberger/DER STANDARD, Printausgabe, 6.8.2008)

  • Auch Verkehrsschilder können von Korrosion betroffen sein. Tests führt man freilich mit Industrieprodukten durch, deren Ende durch Rost weit mehr volkswirtschaftlichen Schaden verursachen würde.
    foto: der standard/corn

    Auch Verkehrsschilder können von Korrosion betroffen sein. Tests führt man freilich mit Industrieprodukten durch, deren Ende durch Rost weit mehr volkswirtschaftlichen Schaden verursachen würde.

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