Stop de roest, start de stroom: staal beschermd dankzij elektrische verbinding

Metaal wil terug naar nul — en dat heet corrosie. Met kathodische bescherming stop je dit proces: óf met opofferanodes, óf slimmer, door het systeem actief te voeden en te sturen. Zo houd je kademuren, damwanden en funderingspalen langer vitaal, met minder materiaalverlies en minder duikinspecties. Marc Wormmeester, assetmanager bij het Havenbedrijf Rotterdam, legt uit hoe deze duurzame methode werkt.

“Corrosie is een natuurlijk proces, waarbij metaal terug wil naar een neutraal energieniveau”, vertelt Marc. “We stoppen er bij de productie veel energie in, door het delven, smelten, gieten, walsen, en persen. Die energie moet eruit en dat noemen we corrosie.” Kathodische bescherming is een duurzame methode om staal hiertegen te beschermen, door een externe energiebron te leveren die het verlies van energie tegengaat.

Twee varianten

Door het staal elektrisch te verbinden met een ander, onedeler metaal - zoals aluminium - gaat het staal functioneren als een kathode. Hierdoor corrodeert het materiaal niet of nauwelijks meer wanneer het in aanraking komt met water. Je monteert het aluminium aan het metaal. Het aluminium fungeert zo als anodeblok en corrodeert, offert zichzelf op. Hierdoor ontstaat een kleine elektrische stroom die ervoor zorgt dat het staal erachter niet corrodeert, als een soort beschermlaag. Marc noemt dit de passieve vorm van kathodische bescherming.

Marc: “Daarnaast werken we met een actieve vorm waarbij we de benodigde energie uit het stroomnet halen.” Hierbij wordt elektriciteit naar de constructie geleid door een elektrisch systeem en een stuurkast. Op de constructie zijn anodes aangebracht, die de stroom uit het net in hele lage voltages over de constructie verdelen. “Deze anodes offeren zich niet op.” Beide methoden zijn toepasbaar op de stalen onderbouw van constructies die in aanraking komen met water.

Voorkeur voor actieve methode

Bij nieuwe constructies werkt het Havenbedrijf zoveel mogelijk met actieve systemen. “We streven naar een transformatie waarbij we zoveel mogelijk schone energiedragers produceren en circulaire grondstoffen gebruiken. De passieve vorm van kathodische bescherming maakt dit lastig. Voor de anodeblokken gebruiken we ruw materiaal. Dat materiaal offert zich op en verdwijnt. Je kunt het niet hergebruiken. Je moet het vervangen, en daarmee ben je afhankelijk van nieuwe materialen die je moet ontginnen en bewerken.”

Daarom gaat de voorkeur uit naar de actieve variant, die naast duurzaamheid meer voordelen biedt. Hierbij werkt de energieverdeling volgens een geautomatiseerd systeem dat de hoeveelheid stroom die nodig is, precies kan afstemmen op de lokale omstandigheden. Sensoren kunnen een verandering in het water snel oppikken. Wordt het water bijvoorbeeld zouter – wat weer zorgt voor snellere corrosie, dan signaleren sensoren dit en geven het door aan het systeem, dat meer stroom kan laten leveren.

Zo monitort het geautomatiseerde systeem de energieverdeling over de constructie realtime, en worden veranderingen direct opgepikt. Dit is een belangrijk verschil ten opzichte van het passieve systeem, waarmee niet te controleren valt hoeveel energie er wordt geleverd nadat de opofferanodes zijn aangebracht. Marc: “Met als gevolg dat het soms voorkomt dat we ze eerder moeten vervangen omdat veranderde omstandigheden de levensduur hebben verkort. Ook blijven periodieke duikcontroles nodig om te inspecteren of de anodes nog werken, en of ze bijvoorbeeld los zijn gekomen.” Daarbij komt: opofferanodes werken niet goed in zoet water. “Tenzij je zeer onedele metalen gebruikt, zoals magnesium. Maar die offeren zich zo snel op dat je ze ook snel weer moet vervangen.”

“Het actieve systeem is gewoon veel makkelijker in beheer en onderhoud”, concludeert Marc. “Bij een actief systeem hoeven we alleen de elektrische componenten te vervangen. Dit kost ons minder materiaal dan wanneer we een passief systeem moeten onderhouden. Ook gaan de anodes bij een actief systeem veel langer mee, omdat ze gemaakt zijn van titanium en een metalen coating hebben. Tot slot is het aanleggen van een actief systeem qua kosten in de basis gelijkwaardig met een opofferingssysteem, zeker bij nieuwe constructies.”

Bestaande constructies

Het Havenbedrijf werkt ook aan het stap voor stap vervangen van passieve voor actieve systemen bij bestaande constructies. Hiervoor is op locatie, of in de buurt een stroompunt nodig. Die is er niet altijd, wat het inrichten van een actief systeem soms lastig maakt. Marc: “Bij het bouwen van een nieuwe constructie kun je rekening houden met stroompunten voor de elektrische componenten. Maar bestaande constructies die ver van voorzieningen liggen, zoals een damwand of steigerpalen, hebben niet altijd een transformatorstation in de buurt. Hierdoor kunnen de kosten voor de aanleg van een actief systeem soms hoog oplopen.”

Dit vergt aandacht en nader onderzoek. Marc: “Dit gaat verder dan het vaststellen van de beschikbaarheid van stroom. Je moet bedenken hoe je de anodes gaat verbinden met het elektrisch systeem dat buiten de kade staat. Maar ook: hoe implementeer je dat? Hoe maak je doorvoeren door een wand heen zodat de constructie water- en gronddicht blijft? Hoe hang je het op zodat de schepen het er niet afvaren? Dat zijn allemaal dingen waar je in een bestaande constructie goed naar moet kijken omdat je er in het ontwerp geen rekening mee hebt gehouden.”

Marc adviseert collega’s om in dit proces niet zelf het wiel opnieuw uit te vinden. “Ga in plaats daarvan binnen je netwerk op zoek naar mensen met expertise op dit gebied. De kennis over corrosie en corrosiebeheersing is de afgelopen tien jaar sterk toegenomen. Diverse grote opdrachtgevers als ProRail, Rijkswaterstaat en de grotere waterschappen beschikken over deze kennis, evenals de ingenieursbureaus die met grotere overheden werken aan de voorbereiding van projecten. Schroom niet om hen vragen te stellen.”