Corrosão do aço influenciada microbiologicamente em águas costeiras superficiais contaminadas por petróleo bruto

npj Degradação de materiais volume 6, número do artigo: 35 (2022) Citar este artigo

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Os hidrocarbonetos de petróleo derramados nas águas superficiais do mar podem representar ameaças potenciais à corrosão das infra-estruturas siderúrgicas. Mostramos que o petróleo bruto acelerou a corrosão do aço principalmente pela aceleração da corrosão influenciada microbiologicamente (MIC). O petróleo bruto levou ao domínio de degradadores de petróleo marinhos, incluindo Alcanivorax e Marinobacter, tanto na água do mar como na ferrugem do aço, em vez de bactérias redutoras de sulfato (SRB), que dominaram a comunidade microbiana da ferrugem no grupo sem petróleo. O petróleo bruto não apenas melhorou a respiração microbiana de oxigênio e a degradação aeróbica de hidrocarbonetos, mas também a redução de nitratos e o processo de degradação anaeróbica de hidrocarbonetos na ferrugem do aço, indicando microambientes mais heterogêneos formados nas superfícies do aço. Além disso, a baixa abundância de SRB e do gene dissimilatório de redução de sulfato (dsr), e a existência de minerais de carbonato de ferro e sulfato de ferro implicaram que o sulfeto microbiano, anteriormente considerado como a principal causa da MIC, não era o principal contribuinte para a corrosão do aço. nas primeiras águas do mar poluídas por petróleo. Os degradadores de petróleo marinhos especializados parecem desempenhar papéis mais significativos sob tais condições.

A corrosão de materiais à base de ferro em ambientes contendo petróleo, como campos de petróleo e gás, é uma grande preocupação para a confiabilidade das infraestruturas industriais em todo o mundo. Somente na China, o custo total da corrosão direta na indústria de petróleo e gás foi estimado em 2,82% do valor total da produção em 20141. Em ambientes marinhos, a corrosão de materiais metálicos expostos a substâncias contendo petróleo e sulfatos a rica água do mar durante o processo de produção e transporte de petróleo tem atraído grande atenção devido à deletéria azedamento do reservatório e à perfuração de material, que são em grande parte responsáveis ​​​​pelas atividades de comunidades microbianas complexas . Tais efeitos deletérios em materiais influenciados direta ou indiretamente por microrganismos, dependendo das reações específicas entre microrganismos (bactérias redutoras de sulfato (SRB), bactérias produtoras de ácido (APB), etc.)/materiais (metal, concreto, etc.)/ meios (composição química e parâmetros físicos, como nutrientes, sulfato e sulfetos), são denominados como corrosão influenciada microbiologicamente (MIC)4,5.

Recentemente, a atenção centrou-se no processo MIC sob condições contendo petróleo, onde condições anaeróbicas acabarão por se desenvolver no ambiente marinho, tais como oleodutos de transporte de petróleo, equipamentos de armazenamento de petróleo e sistemas de lastro de combustível compensados ​​pela água do mar6,7. Sob tais condições, a biodegradação anaeróbica de hidrocarbonetos, tais como combustíveis derivados de petróleo e biocombustíveis alternativos, pode ser realizada independentemente por alguns degradadores de hidrocarbonetos especializados ou sintroficamente por vários micróbios funcionais. Os SRB são os principais intervenientes envolvidos nos processos de degradação de hidrocarbonetos e de corrosão8. Por exemplo, Desulfoglaeba alkanexedensa, uma bactéria marinha redutora de sulfato9, pode oxidar completamente alcanos de forma independente usando sulfato como aceptor de elétrons terminal e produzir sulfeto e ácidos orgânicos de baixo peso molecular que geralmente aceleram a corrosão do aço10,11,12. Assim, a redução do sulfato microbiano realizada pelo SRB, que pode ser acelerada pela degradação anaeróbica de hidrocarbonetos, é frequentemente considerada como a principal causa da MIC nestes ambientes contendo petróleo6,10,11. No entanto, alguns investigadores pensam que o papel do SRB é exagerado13 e que outros micróbios funcionais, como o APB, são o principal factor causal14.

Para as infra-estruturas siderúrgicas, outra condição de corrosão nos ambientes marinhos de petróleo e água do mar que não deve ser negligenciada é a água do mar superficial costeira poluída por hidrocarbonetos de petróleo, onde a degradação dos hidrocarbonetos é realizada principalmente de forma aeróbia15. Os hidrocarbonetos de petróleo são omnipresentes nos oceanos, onde se estima que a infiltração natural e as actividades humanas, incluindo descargas de água de lastro de petroleiros e fugas de plataformas petrolíferas off-shore16, libertem anualmente entre 0,4 e 4,0 milhões de toneladas de petróleo bruto nos ecossistemas oceânicos17. Uma grande quantidade de hidrocarbonetos de petróleo foi observada nas águas superficiais do mar e poderia resultar em efeitos extensos nos ecossistemas costeiros18,19. Normalmente, a estrutura das comunidades microbianas indígenas poderia ser moldada pelo óleo, que fornece nutrientes adicionais aos microrganismos e contribui para o enriquecimento de degradadores específicos do óleo20,21,22. Uma variedade de infra-estruturas marítimas de aço, especialmente pontes costeiras e navios em cais de petróleo, plataformas e oleodutos de transporte de exploração offshore de petróleo e gás, estão expostas às águas do mar contaminadas com petróleo e fornecem habitats para micróbios formadores de biofilme23,24. Uma vez expostas ao petróleo bruto, tanto as comunidades microbianas anexas como as planctónicas seriam deslocadas e, assim, exerceriam influência nos processos MIC. A mudança na composição microbiana e no processo MIC causada pela contaminação do óleo sob tais condições aeróbias pode ser diferente daquela em ambientes anaeróbicos . Apesar da possibilidade, a MIC do aço nestas águas marinhas superficiais tem sido largamente negligenciada, deixando questões em aberto sobre como os microrganismos planctónicos e anexados tiveram sucesso à volta/na superfície do aço, e como influenciam os processos MIC nas águas superficiais do mar expostas ao petróleo.