Wie hydrodynamische Bedingungen die mikrobielle Degradation von Offshore-Windkraftanlagen beeinflussen

Die Offshore-Windenergie ist für den Umstieg auf ein kohlenstoffarmes Energiesystem von entscheidender Bedeutung. Ihre langfristige Sicherheit hängt jedoch von der Beständigkeit ihrer Stahlfundamente ab. Am Meeresboden sind diese Fundamente nicht nur Meerwasser und Sedimenten ausgesetzt, sondern auch Mikroorganismen, die auf Stahloberflächen Biofilme bilden und die lokale Chemie so verändern können, dass Korrosion beschleunigt wird. Dieser Vorgang wird als mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) bezeichnet.
In dieser Studie untersuchten wir, wie sich Wasserbewegungen auf MIC unter Bedingungen auswirken, die für Offshore-Windkraftfundamente relevant sind. Dies ist wichtig, da die Umgebung nahe dem Meeresboden nicht einheitlich ist: Selbst geringe Veränderungen der Strömung können beeinflussen, wie sich Nährstoffe, Sulfid und Sauerstoff an der Stahloberfläche verteilen. Im Unterschied zu früheren Arbeiten konzentrierten wir uns auf kontrollierte laminare Strömung, also gleichmäßige Strömung ohne Turbulenzen, um besser zu verstehen, wie geringe hydrodynamische Unterschiede Korrosionsprozesse beeinflussen.
Kohlenstoffstahlproben wurden in einem Laborsäulensystem mit mikrobiellen Gemeinschaften aus Nordseesediment exponiert. Wir kombinierten verschiedene Analysemethoden: Messung des Metallverlustes, dreidimensionale Oberflächenprofilierung, Analysen der mikrobiellen Gemeinschaften und Sulfidmessungen. Die Ergebnisse zeigen, dass MIC nicht anhand eines einzelnen Indikators wie dem Vorkommen sulfatreduzierender Bakterien oder der Sulfidkonzentration im Wasser vorhergesagt werden kann. Statische Bedingungen führten zu dickeren und einheitlicheren Biofilm- und Korrosionsschichten, jedoch zu einer relativ geringen Korrosion. Eine geringe laminare Strömung begünstigte mikrobielle Wechselwirkungen und die Anreicherung von Sulfid, was zu moderater Korrosion führte. Eine stärkere laminare Strömung reduzierte die Sulfidkonzentration und die Biofilmdicke, verursachte jedoch die stärksten lokalen Lochfraßschäden.
Der gesellschaftliche und ökologische Mehrwert dieser Arbeit liegt in der Verbesserung der Lebensdauerbewertung von Offshore-Windkraftanlagen. Eine bessere Vorhersage von Korrosionsschäden kann zu einem sicheren Betrieb, gezielteren Inspektionen und nachhaltigeren Wartungsentscheidungen beitragen und helfen, sowohl einen vorzeitigen Austausch als auch unerwartetes Versagen zu vermeiden.
Die Aufgabe der BAM besteht darin Materialprüfung, Mikrobiologie, Korrosionswissenschaft und anwendungsorientierte Sicherheitsforschung miteinander zu verknüpfen. Künftig sollten Laborbefunde mit Felddaten, elektrochemischer Überwachung und Vorhersagemodellen kombiniert werden, um Normen und Entscheidungshilfen für die Offshore-Infrastruktur zu verbessern. Die Studie zeigt, dass Korrosionsschäden durch das Zusammenspiel von Strömung, Biofilmstruktur, chemischen Gradienten und Reaktionen an der Stahloberfläche entstehen.