Corrosión bacteriana en condiciones representativas de un almacén geológico profundo

Abstract

En un Almacén Geológico Profundo (AGP) de residuos radiactivos no se descarta que la cápsula metálica que contiene y confina los residuos, pueda experimentar un fenómeno de corrosión bacteriana. Las bacterias presentes en las rocas, aguas subterráneas y material de relleno que rodea a la cápsula, son capaces de iniciar, acelerar (o inhibir) procesos de corrosión, por la formación de biofilms o por la generación de productos metabólicos corrosivos. Entre las bacterias involucradas en fenómenos de corrosión, las denominadas Bacterias Sulfato Reductoras (BSR), abundantes en formaciones geológicas graníticas y arcillosas, son especialmente corrosivas, al transformar el sulfato presente en el medio a sulfuro, anión sumamente corrosivo para numerosos metales.Esta tesis pretende aportar una mayor comprensión acerca del fenómeno de la corrosión bacteriana y su potencial influencia en la resistencia a la corrosión de una serie de materiales metálicos candidatos para la fabricación de las capsulas de almacenamiento, en condiciones representativas a las de un AGP en arcilla y en granito.La primera parte de esta tesis recoge una aproximación teórica al problema, que incluye la descripción del sistema multibarrera del AGP, la cápsula metálica y la posibilidad de que ésta experimente un fenómeno de corrosión bacteriana una vez ubicada en el AGP. El fenómeno de la corrosión bacteriana, los mecanismos por los que ésta actúa, los grupos bacterianos involucrados y la resistencia de los metales a este fenómeno, han sido también analizados, ilustrando este fenómeno con casos reales de componentes metálicos que se han visto afectados por este fenómeno de corrosión. La contribución teórica concluye con la descripción de las técnicas de identificación de la corrosión bacteriana.La segunda parte de la tesis recoge el trabajo experimental realizado. Éste se aborda desde dos planos diferenciados. Por un lado se recoge el estudio de corrosión realizado sobre unos componentes metálicos alojados en un laboratorio subterráneo, en condiciones similares a las de un AGP, por un periodo de 6 años. La segunda parte del trabajo experimental comprende los ensayos electroquímicos realizados en presencia de bacterias tipo BSR, de una serie de aleaciones metálicas candidatas para la fabricación de las cápsulas de residuos.En el ensayo subterráneo uno de los componentes objeto de estudio simulaba la capsula de residuos, fabricada en acero al carbono y de dimensiones similares a las que tendría la cápsula real. Dentro de esta cápsula se ubicó un calentador, para simular el calor emitido por los residuos. La cápsula estaba rodeada de bloques de bentonita compactada, en los que se dispusieron una serie de testigos de corrosión constituidos por diversas aleaciones metálicas. En el experimento se utilizaron sensores para monitorizar parámetros físico-químicos. Los sensores también se ubicaron en bloques de bentonita, algo más alejados del calentador, y unidos a la roca en uno de sus extremos. El estudio de corrosión mostró para la cápsula y probetas testigo una leve corrosión generalizada. Por el contrario, los sensores que contaban con una vaina exterior fabricada en acero inoxidable, mostraron un daño por corrosión acusado. La morfología de la corrosión generada, la presencia abundante de azufre en los productos de corrosión y la presencia de BSR en los biodepósitos y bentonita que les embebía, son factores indicativos de un fenómeno de corrosión inducido por bacterias tipo BSR, presentes de forma natural en las aguas subterráneas que hidrataban los bloques de bentonita próximos a la roca. Por el contrario, en los bloques de bentonita más cercanos a la cápsula y que contenían las probetas de corrosión, el calor generado por la cápsula impidió la actividad bacteriana en la proximidad de la cápsula. Los resultados de este estudio son importantes ya que muestran, por un lado, que el calor generado por los residuos limita significativamente la actividad bacteriana en el medio más próximo a la cápsula, y que no se puede descartar, bajo determinadas condiciones, un fenómeno de corrosión bacteriana en los componentes metálicos ubicados en el AGP.Los resultados obtenidos en los ensayos electroquímicos en presencia de cepas ¿puras¿ de BSR indican que, el acero al carbono, el cobre y la aleación cuproníquel Cu30Ni, modifican su comportamiento frente a la corrosión en presencia de estas bacterias, con valores de velocidad de corrosión superiores a los experimentados en el medio estéril de referencia. Por el contrario, no se observa efecto alguno de la actividad metabólica de las BSR en la resistencia a la corrosión del acero 316. Este hecho contradice, en cierto modo, los resultados observados en el ensayo in-situ, y que mostraban un daño por corrosión bacteriana acusado en los sensores fabricados en acero inoxidable. Se han barajado algunas causas que pudieran justificar esta falta de impacto de la actividad bacteriana en el acero 316L. No se descarta que, para esta aleación, el hecho de utilizar cepas puras de BSR, en lugar de consorcios de bacterias, que es la forma habitual en la que las bacterias se encuentran en la naturaleza, haya podido influir en este resultado. En cualquier caso, este resultado requiere de un trabajo futuro que permita entender las causas del mismo.Los resultados obtenidos en los ensayos electroquímicos muestran también ciertas limitaciones de las técnicas electroquímicas en la evaluación de la influencia de las bacterias en la resistencia a la corrosión. Así, la variación en la velocidad de corrosión instantánea a partir de medidas de resistencia a la polarización, es un parámetro útil en la estimación de la influencia de la actividad bacteriana en la corrosión, especialmente para aquellas aleaciones que como el acero al carbono o el cobre, experimentan una corrosión de tipo generalizado significativa. Por el contrario, en materiales con tendencia a formar capas de óxido pasivas, como ocurre en los aceros inoxidables, el cálculo de la velocidad de corrosión generalizada a partir de valores electroquímicos es menos preciso.Los barridos de polarización potenciodinámica son especialmente útiles para predecir la susceptibilidad de ciertos metales de experimentar fenómenos de corrosión localizada, tipo picaduras o corrosión por aireación diferencial. En principio, es la técnica que podría proporcionar más información del efecto de la actividad de las BSR en la resistencia a la corrosión de aleaciones con tendencia a formar capas pasivas, tipo acero inoxidable. En materiales como los aceros al carbono o cobre electrolítico, menos susceptibles de experimentar fenómenos de corrosión localizada, esta técnica puede ser de menor utilidad.Finalmente cabe destacar la importancia del examen y estudio de las probetas que han sido ensayadas en los distintos medios de ensayo, para poder validar los datos obtenidos en los ensayos electroquímicos