Fanghi di Drenaggio e Corrosione: Il Nostro Nuovo Kit Elettrochimico Rivela Tutto!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un problema tanto subdolo quanto dannoso: la corrosione. Non una corrosione qualsiasi, ma quella causata da minuscoli organismi che si annidano nei posti più impensati, come i fanghi di drenaggio. Sembra fantascienza? Purtroppo no, è la dura realtà della corrosione microbiologicamente influenzata (MIC), un vero grattacapo per le nostre infrastrutture interrate, come tubature e serbatoi.

Pensateci: tonnellate di acciaio sepolte nel terreno, a contatto costante con ambienti aggressivi. E i fanghi di drenaggio, spesso usati anche per migliorare i terreni agricoli, sono un vero e proprio “condominio” per microbi affamati di metallo. Questi microrganismi, dai batteri ai funghi, formano delle comunità chiamate biofilm sulle superfici metalliche e iniziano letteralmente a “mangiarle”.

Il Problema Nascosto nei Fanghi

Il fango di drenaggio è un ambiente ricco di nutrienti e, ahimè, anche di microbi piuttosto aggressivi. Tra questi, i più temuti sono i batteri solfato-riduttori (SRB), dei veri specialisti della corrosione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno). Ma non sono soli: anche batteri come lo *Pseudomonas aeruginosa*, che può prosperare sia con che senza ossigeno, danno il loro “contributo” al deterioramento.

Il guaio è che la MIC è difficile da studiare e monitorare. I metodi tradizionali, come misurare la perdita di peso di campioni metallici (coupon) o analizzare le vaiolature (pitting), ci danno informazioni solo alla fine del processo, un po’ come leggere il referto di un’autopsia. Ci dicono cosa è successo, ma non come e quando stava succedendo in tempo reale. E se la corrosione è lieve, potremmo non notare nemmeno una perdita di peso significativa, anche se il danno (magari sotto forma di piccole ma profonde vaiolature) si sta accumulando.

In più, analizzare il DNA dei microbi presenti (metagenomica) ci dice *chi* c’è, ma non necessariamente *cosa* sta facendo o quanto è aggressivo quel particolare biofilm in quelle specifiche condizioni. Insomma, avevamo bisogno di uno strumento più agile, capace di darci informazioni continue e in tempo reale sulla “salute” del biofilm e sulla sua capacità di corrodere.

La Nostra Arma Segreta: Il Kit Elettrochimico Usa e Getta

Ed è qui che entriamo in gioco noi! Abbiamo sviluppato un nuovo kit di test per biofilm/MIC, basato su tecniche elettrochimiche. Immaginatelo come un piccolo “ambulatorio” portatile per la corrosione. È un kit usa e getta, contenuto in una fialetta da 10 mL, molto pratico da usare.

Come funziona? Semplice (si fa per dire!): utilizza due elettrodi. Uno è l’elettrodo di lavoro (WE), fatto dello stesso materiale che vogliamo studiare (nel nostro caso, acciaio al carbonio X65, comunemente usato per le tubature). L’altro è un controelettrodo (CE) in grafite, che funge anche da pseudo-elettrodo di riferimento (p-RE). Questa configurazione a 2 elettrodi (2E) è più robusta e pratica della classica configurazione a 3 elettrodi (3E) usata in laboratorio, che richiede un elettrodo di riferimento delicato.

Certo, i valori numerici assoluti della velocità di corrosione potrebbero non essere identici a quelli ottenuti con un sistema 3E, ma quello che ci interessa – e che il nostro kit fa benissimo – è monitorare le tendenze: la corrosione sta aumentando? Sta diminuendo? Il trattamento che stiamo applicando sta funzionando? Il kit è sensibile e ci permette di “ascoltare” in tempo reale cosa succede sulla superficie metallica.

Alla Prova dei Fatti: Il Fango Sotto Esame

Abbiamo preso del fango da un canale di drenaggio (sì, proprio quello dietro il nostro centro universitario!) e lo abbiamo messo alla prova. Prima di tutto, abbiamo voluto confermare che questo fango fosse effettivamente corrosivo. Abbiamo immerso dei coupon di acciaio X65 nel fango.

• In condizioni normali (fango aerobico a temperatura ambiente), dopo 7 giorni non abbiamo misurato una perdita di peso significativa, ma osservando la superficie al microscopio abbiamo visto segni di corrosione uniforme e piccole vaiolature (fino a 7.9 µm di profondità). Questo ci dice che il biofilm era lievemente corrosivo.
• Poi abbiamo simulato lo “scenario peggiore”: abbiamo aggiunto nutrienti extra al fango, aumentato la temperatura a 37°C e impedito l’ingresso di ossigeno (per favorire i cattivissimi SRB anaerobici). Risultato? Dopo 7 giorni, la perdita di peso era misurabile (0.5 mg/cm², equivalente a una velocità di corrosione uniforme di 0.03 mm/anno) e le vaiolature erano più profonde del 18% (fino a 9.3 µm). Bingo! Il fango, in condizioni favorevoli, può diventare decisamente aggressivo.

A questo punto, è entrato in scena il nostro kit elettrochimico. Abbiamo messo 5 mL di fango aerobico nelle fialette del kit e abbiamo iniziato a monitorare la corrosione sull’elettrodo X65 usando tecniche come la Resistenza di Polarizzazione Lineare (LPR) e le scansioni Tafel.

I risultati sono stati chiarissimi:

• Senza trattamenti, la velocità di corrosione (che è inversamente proporzionale alla resistenza Rp misurata con LPR, quindi 1/Rp) aumentava nei primi 3 giorni, segno che il biofilm stava crescendo e diventando più attivo, per poi stabilizzarsi. Un tipico andamento MIC!
• Abbiamo poi testato un biocida “verde” e biodegradabile, il THPS (tetrakis-idrossimetil fosfonio solfato). Aggiungendo 100 ppm (parti per milione) di THPS fin dall’inizio, la velocità di corrosione è rimasta bassissima. Il THPS ha impedito al biofilm di formarsi e di attaccare l’acciaio. Lo abbiamo confermato anche visivamente con la microscopia confocale a scansione laser (CLSM): nel fango non trattato c’erano tante cellule vive (verdi) sul metallo, mentre con 100 ppm di THPS c’erano molte meno cellule vive e molte di più morte (rosse).

Ma cosa succede se il biofilm è già formato? È molto più difficile eliminarlo che prevenirlo. Abbiamo provato a iniettare una dose più alta di THPS (400 ppm) in un kit dove il biofilm era già cresciuto per 7 giorni. Il nostro kit ha registrato subito la risposta: la resistenza Rp è aumentata (quindi la corrosione è diminuita) di circa il 21%! Questo dimostra che il kit può monitorare in tempo reale anche l’efficacia di un trattamento biocida su un biofilm maturo.

Abbiamo fatto anche un’altra prova interessante: abbiamo iniettato riboflavina, una molecola che facilita il trasferimento di elettroni extracellulare (EET), un meccanismo chiave per la corrosione da SRB. Ebbene, la corrosione è leggermente aumentata! Questo suggerisce che nel nostro fango c’erano proprio microbi che usano l’EET per corrodere l’acciaio.

Cosa Abbiamo Imparato?

Questo lavoro ci ha dimostrato diverse cose importanti:

• Il fango di drenaggio può effettivamente causare corrosione MIC sull’acciaio al carbonio, e questa corrosione può diventare significativa in presenza di nutrienti e condizioni anaerobiche.
• Il nostro nuovo kit elettrochimico usa e getta è uno strumento valido e sensibile per monitorare questa corrosione, anche quando è lieve (come nel caso del pitting iniziale).
• Il kit permette di seguire la crescita del biofilm e l’effetto dei trattamenti (come il biocida THPS) in modo continuo e conveniente.
• Siamo riusciti a usarlo con successo su un campione semi-solido come il fango, aprendo la porta a test su altri materiali simili.
• Abbiamo confermato che 100 ppm di THPS sono efficaci per prevenire la formazione del biofilm da fango, mentre ne servono di più (almeno 400 ppm nel nostro test) per trattare un biofilm già stabilito.

Uno Sguardo al Futuro

Certo, questo è solo l’inizio. I nostri test erano in condizioni statiche. Il prossimo passo sarà vedere come si comporta il biofilm (e il nostro kit) in condizioni più realistiche, ad esempio simulando il flusso all’interno di una tubatura. Vogliamo anche fare test più lunghi, per vedere cosa succede nel tempo, e analizzare più a fondo i microbi coinvolti e i loro meccanismi di corrosione. Testeremo anche altri biocidi per confrontarne l’efficacia.

Ma la strada è tracciata: abbiamo uno strumento promettente, comodo e relativamente economico per tenere d’occhio la minaccia invisibile della corrosione da biofilm. Un piccolo kit che potrebbe fare una grande differenza nella manutenzione delle nostre preziose infrastrutture interrate. Continuate a seguirci per scoprire i prossimi sviluppi!

Fonte: Springer