Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) y sus mecanismos eléctricos y químicos en la degradación de materiales metálicos

Introducción

La Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) es un fenómeno que ha captado la atención de la comunidad científica e industrial debido a su impacto significativo en la integridad de estructuras metálicas en diversos sectores, incluyendo la industria petrolera, marítima y de tratamiento de aguas. Este tipo de corrosión se caracteriza por la interacción de microorganismos con superficies metálicas, lo que puede acelerar los procesos de deterioro y comprometer la seguridad y funcionalidad de equipos e infraestructuras.

La Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) es un fenómeno complejo que implica la interacción de microorganismos con materiales metálicos, resultando en su deterioro. Este proceso puede manifestarse a través de mecanismos eléctricos y químicos, conocidos respectivamente como EMIC (Electrical Microbially Influenced Corrosion) y CMIC (Chemical Microbially Influenced Corrosion).

Dentro del ámbito de la MIC, se distinguen principalmente dos mecanismos: la corrosión influida microbiológicamente eléctrica (EMIC) y la corrosión influida microbiológicamente química (CMIC). La EMIC implica la participación directa de microorganismos en procesos electroquímicos que afectan la transferencia de electrones en la superficie metálica, mientras que la CMIC se refiere a la producción de compuestos químicos por parte de los microorganismos que, de manera indirecta, modifican el entorno químico y aceleran la corrosión.

El propósito de este artículo es proporcionar una comprensión detallada de los mecanismos subyacentes tanto de la EMIC como de la CMIC, destacando sus diferencias fundamentales y su relevancia para las aplicaciones industriales. Al profundizar en estos mecanismos, se pretende proporcionar a los profesionales de la industria y a los investigadores herramientas conceptuales que les permitan identificar, prevenir y mitigar los efectos de la corrosión por influencia microbiológica en sus respectivas áreas de trabajo.

A través de este análisis, se pretende fomentar una mayor conciencia sobre la importancia de la MIC y promover el desarrollo de estrategias efectivas para su control, contribuyendo así a la prolongación de la vida útil de las estructuras metálicas y a la reducción de costos asociados con daños por corrosión.

Fundamentos de la Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC)

La MIC se refiere al deterioro de materiales debido a la actividad de microorganismos como bacterias, hongos y algas. Estos organismos pueden alterar las condiciones electroquímicas en las superficies de los materiales, facilitando o acelerando los procesos corrosivos. La formación de biopelículas, que son comunidades microbianas adheridas a las superficies, juega un papel crucial en este tipo de corrosión. Estas biopelículas crean microambientes que pueden diferir significativamente del entorno circundante, influyendo en las reacciones de corrosión.

Los microorganismos involucrados en la MIC pueden ser tanto aeróbicos como anaeróbicos, y su actividad metabólica puede influir en la corrosión de diversas maneras. Por ejemplo, las bacterias reductoras de sulfato (SRB) son anaerobias y pueden reducir los sulfatos presentes en el medio a sulfuros, los cuales reaccionan con el hierro formando sulfuro de hierro, un compuesto que puede acelerar la corrosión del acero. Por otro lado, las bacterias oxidantes de hierro son aeróbicas y pueden oxidar el hierro metálico a óxidos de hierro, contribuyendo también a la corrosión.

¿Qué es la biopelícula?

Biofouling (bioincrustaciones) es el crecimiento descontrolado de materia orgánica en un ambiente técnico. El Biofouling se desarrolla en biopelícula existente y esparce biomasa con la corriente.

La formación de la biopelícula empieza con una pequeña impureza, la cual llega con el agua u otros fluidos en el sistema de tuberías. La impureza pueden ser bacterias, microbios o algas de una torre de enfriamiento. Estas se asientan en un lugar dentro de la tubería donde hay menor flujo y empieza a formarse la biopelícula.

La presencia de biopelículas puede crear condiciones electroquímicas heterogéneas en la superficie del metal, estableciendo diferencias de potencial que promueven la formación de celdas galvánicas locales. Estas celdas pueden acelerar la corrosión en áreas específicas, llevando a formas de corrosión localizada como picaduras o grietas. Además, las biopelículas pueden actuar como barreras físicas, atrapando productos corrosivos y manteniendo condiciones que favorecen la corrosión debajo de ellas.

Corrosión Influida Microbiológicamente Eléctrica (EMIC)

La EMIC se caracteriza por la participación directa de microorganismos en los procesos electroquímicos que conducen a la corrosión. Algunos microorganismos pueden transferir electrones directamente entre el metal y su metabolismo, alterando las reacciones anódicas o catódicas. Por ejemplo, ciertas bacterias reductoras de sulfato (SRB) pueden aceptar electrones del metal durante la reducción de sulfato a sulfuro, acelerando la corrosión. Este mecanismo implica una interacción directa entre los microorganismos y la superficie metálica, donde los microorganismos actúan como mediadores electroquímicos.

En el caso de las SRB, estas bacterias utilizan el hidrógeno molecular como fuente de electrones para la reducción de sulfato. El hidrógeno puede generarse en la superficie del metal como resultado de la reacción de corrosión, y las SRB pueden consumir este hidrógeno, manteniendo la reacción de corrosión y acelerando la pérdida de material metálico. Este proceso se conoce como “despolarización catódica” y es un ejemplo de cómo los microorganismos pueden influir directamente en las reacciones electroquímicas que ocurren durante la corrosión.

Además de las SRB, otros microorganismos, como las bacterias oxidantes de hierro, pueden participar en la EMIC. Estas bacterias pueden oxidar el hierro metálico a iones de hierro, liberando electrones que pueden ser utilizados en reacciones catódicas. Este proceso puede establecer celdas galvánicas en la superficie del metal, acelerando la corrosión en áreas específicas.

Corrosión Influida Microbiológicamente Química (CMIC)

En contraste, la CMIC involucra la producción de compuestos químicos corrosivos por parte de los microorganismos, que indirectamente aceleran la corrosión. Por ejemplo, algunas bacterias oxidantes de azufre pueden producir ácido sulfúrico, disminuyendo el pH local y promoviendo la corrosión ácida del metal. Otros microorganismos pueden generar ácidos orgánicos o amoníaco, creando condiciones químicas que favorecen la corrosión. En este caso, los microorganismos no interactúan directamente con la superficie metálica en términos electroquímicos, sino que modifican el entorno químico, facilitando los procesos corrosivos.

Un ejemplo de CMIC es la actividad de las bacterias oxidantes de azufre, como Thiobacillus thiooxidans, que pueden oxidar compuestos de azufre a ácido sulfúrico. Este ácido puede disminuir el pH del entorno circundante, creando condiciones altamente corrosivas para los metales. El ácido sulfúrico puede reaccionar con el metal, formando sulfatos metálicos y liberando hidrógeno, lo que resulta en una aceleración de la corrosión.

Otro ejemplo es la producción de ácidos orgánicos por parte de ciertos hongos y bacterias. Estos ácidos pueden quelar iones metálicos, formando complejos solubles que facilitan la disolución del metal y aceleran la corrosión. Además, la producción de amoníaco por parte de algunas bacterias puede aumentar el pH local, lo que puede conducir a la formación de compuestos corrosivos que dañan el metal.

Diferencias clave entre EMIC y CMIC

Mecanismo de acción

• EMIC: Implicación directa de microorganismos en reacciones electroquímicas, alterando la transferencia de electrones en la superficie metálica.
• CMIC: Producción de compuestos químicos corrosivos que modifican el entorno químico, acelerando la corrosión de manera indirecta.

Tipos de microorganismos involucrados

• EMIC: Este tipo de corrosión está asociado principalmente con microorganismos que pueden interactuar directamente con la superficie metálica, alterando las reacciones electroquímicas. Un ejemplo destacado son las bacterias reductoras de sulfato (SRB), que pueden aceptar electrones directamente del metal durante su metabolismo, acelerando así la corrosión.
• CMIC: En este caso, la corrosión es influenciada por microorganismos que producen compuestos químicos corrosivos como parte de su metabolismo. Por ejemplo, las bacterias oxidantes de azufre generan ácido sulfúrico, disminuyendo el pH local y promoviendo la corrosión ácida del metal.

Efecto en la superficie metálica

• EMIC: La interacción directa de los microorganismos con la superficie metálica puede resultar en la formación de celdas galvánicas locales, lo que conduce a una corrosión localizada y acelerada en áreas específicas.
• CMIC: La producción de compuestos químicos corrosivos puede llevar a una corrosión más generalizada, afectando áreas más amplias de la superficie metálica debido a la difusión de estos compuestos en el entorno circundante.

Estrategias de mitigación

• EMIC: Las estrategias de mitigación pueden incluir el uso de recubrimientos que inhiban la adhesión microbiana y la formación de biopelículas, así como la aplicación de técnicas electroquímicas para monitorear y controlar la actividad microbiana en la superficie metálica.
• CMIC: La mitigación puede enfocarse en el control de las condiciones ambientales que favorecen la actividad microbiana, como la reducción de nutrientes disponibles y la aplicación de biocidas para disminuir la población microbiana y, por ende, la producción de compuestos corrosivos.

Conclusion

La Corrosión Influida Microbiológicamente (MIC) sigue siendo un fenómeno complejo con múltiples mecanismos aún por esclarecer. La contribución relativa de la corrosión química (CMIC) y eléctrica (EMIC) en la degradación de estructuras metálicas es un área de investigación activa, especialmente en lo que respecta al papel de las bacterias reductoras de sulfato (SRB). Comprender estos procesos en mayor profundidad es fundamental para desarrollar estrategias más efectivas de prevención y control en entornos industriales y naturales.

Referencias

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2. Inspenet. (2022). “Corrosión Influenciada Microbiológicamente: Errores comunes”. Este artículo proporciona conocimientos clave sobre la MIC, destacando errores comunes en su comprensión y gestión, y ofrece información valiosa para profesionales en el campo.
3. Predictiva 21. (2019). “Entendiendo la biocorrosión: ¿Qué es y cómo mitigarla?”. Este recurso analiza cómo los microorganismos pueden influir en la corrosión a través de la producción de compuestos corrosivos y otros efectos, y discute estrategias para mitigar la biocorrosión en entornos industriales.
4. SciELO España. (2005). “Corrosión de origen microbiológico: mirando al futuro”. Esta revisión describe la situación actual de la investigación en biocorrosión y bioensuciamiento de metales y aleaciones de uso industrial, y presenta tendencias actuales en estrategias de supervisión y control para mitigar los efectos perjudiciales de la biocorrosión.