Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zum Einfluss der Oberflächengüte auf das Korrosionsverhalten von CrNi(Mo)-Stählen beim Einsatz vor Ort erzeugter Chlor basierter Desinfektionslösungen und analog zur Konzeptionierung von Vermeidungsstrategien im Anwendungsfeld der Anlagenreinigung in der Getränkeindustrie

Für Getränke erfolgt verbraucherseitig die Qualitätsbewertung auf der Basis des Zusammenwirkens aller wertbildenden Produkteigenschaften. Neben Geschmack, Geruch und Mundgefühl hat der optische Eindruck in Form von Farbe und, falls herstellerseitig nicht anders deklariert, vor allem Trübungsfreiheit einen hohen Stellenwert.

Um diesen Anforderungen gerecht werden zu können, müssen Getränke nicht nur chemisch-physikalisch sondern auch mikrobiologisch stabil sein. Demnach ist ein guter Hygienestatus der Produktionsanlagen zwingend notwendig.

In diesem Zusammenhang sind automatisierte und schrittweise ausgeführte Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmenmaßnahmen, kurz CIP, Stand der Technik. Bei den Desinfektionsprodukten in der Getränkeindustrie handelt es sich heutzutage um oxidativ wirkende Produkte auf der Basis von Aktivchlor, Chlordioxid, Wasserstoffperoxid oder Peroxyessigsäure.

Die Korrosionsbeständigkeit metallener Werkstoffe ist ein von der Kontaktfläche des Systems Werkstoff/ Elektrolyt bestimmter Vorgang, der entscheidend durch die Elektrolyteigenschaften und die Topografie sowie chemische Zusammensetzung der Werkstoffoberfläche geprägt wird.

Chlor-basierte Desinfektionsmedien wie Anolyt und Chlordioxid werden überwiegend vor-Ort aus Chloridhaltigen Lösungen erzeugt, so dass deren Applikation gegenüber metallischen Werkstoffen eine Belastung von oxidativem Potential und Chlorid erzeugt.

Erste Anstrengungen die zuvor genannte Mediengruppe in für die Brau- und Getränkeindustrie relevanten Werkstoff-Medien-Kombinationen mit CrNi(MO)-Stählen systematisch auf Korrosivität zu überprüfen, erfolgte in AiF IGF 487 ZN.

Die Untersuchung zum Einfluss der Oberflächentopografie und -chemie der Werkstoffe sowie der standortspezifischen Verdünnungswasserqualität auf das Korrosionsverhalten von CrNi(Mo)-Stählen in Kombinationen mit Anolyt- bzw. Chlordioxid ist die Forschungsleistung, die innerhalb des vorliegenden Anschlussprojekts erbracht werden soll.

Ergebniszusammenfassung:

Die entscheidenden Erkenntnisse basieren auf der Beschreibung der Korrosionschemie in Systemen mit den Werkstoffen 1.4301 und 1.4404 sowie den chlorhaltigen Elektrolyten ECA-Anolyt und Chlordioxid bei variierender Ausmischwasserqualität unter Metall-Metall- und Metall-Nichtmetall-Spaltbedingungen.

Es konnte aufgezeigt werden, dass für die elektrochemische Auflösung der Werkstoffe sowohl der Chloridgehalt als auch die Konzentration an freiem Chlor bzw. Chlordioxid verantwortlich sind. Chloridkonzentrationen >150 mg/L sowie eine Konzentration des freien Chlors (FAC) und Chlordioxids > 5 bzw. >2 mg/L sollten nicht überschritten werden. Bei dem Vergleich der gewählten Spaltanordnungen wurde ersichtlich, dass Metall-Metall-Spalte gegenüber Metall-Nichtmetall-Spalten korrosionsanfälliger sind.

Die Ionenzusammensetzung der Ausmischwässer zeigte einen erheblichen Einfluss auf die Korrosionsneigung der untersuchten Systeme. Dabei konnte für Hydrogenkarbonat ein inhibierender Effekt aufgezeigt werden. Besonders kritisch für die Anwendung als Ausmischwasser sind Karbonat-/ Hydrogenkarbonat-freie Wässer mit saurem pH-Wert (≤ 5,0). Im Gegensatz dazu zeigten Anolyt- und Chlordioxidanwendungslösungen auf der Basis von Ausmischwässern mit niedrigem Hydrogenkarbonatgehalt eine deutlich reduzierte volumenspezifische Zehrung gegenüber den bakterizid wirkenden Inhaltsstoffen freies Chlor und Chlordioxid. Ein niedriger Gehalt an gelöster Organik sowie oxidierbarer Anorganik ist ebenfalls von Vorteil.

Die vorliegenden Ergebnisse ermöglichen den Unternehmen der Brau- und Getränkeindustrie ihre Anolyt- bzw. Chlordioxidanwendungslösungen neu zu bewerten, eine präventive Risikobewertung für ihre Produktionsanlagen bezüglich konstruktiv unvermeidbarer Metall-Metall- bzw. Metall-Nichtmetall-Spaltanordnungen vorzunehmen, ggf. ihre Wasseraufbereitung anzupassen bzw. in Relation zu den jeweiligen Standortbedingungen das optimale Produkt am Markt auszuwählen.