New from diagnostic world: batteri in soccorso della corrosione di artefatti in ferro

Oggi parleremo di un innovativo metodo biotecnologico, in grado di sfruttare l’attività metabolica batterica per la conservazione e il mantenimento delle superfici di artefatti in ferro. 

Il ferro è un materiale utilizzato in campi diversi: nell’architettura, nell’ ingegneria civile, nei trasporti, nell’industria alimentare e nell’arte, grazie alle sue proprietà metallurgiche, come la duttilità, la durezza e la resistenza. Tuttavia, viene facilmente corroso sia a causa di reazioni elettrochimiche che microbiologiche (MIC), comportando una modifica della superficie esposta del metallo e alla successiva formazione di uno strato di corrosione. 

Alcuni studi hanno dimostrato che la presenza di magnetite (Fe₃O₄), di siderite (FeCO₃) e di vivianite (Fe₃(PO₄)·2H₂O) sulla sua superficie svolge un ruolo significativo nella conservazione degli oggetti in ferro, in quanto meno reattivi all'ossigeno e all'umidità. Altri prodotti di corrosione come, ad esempio, gli idrossidi di Fe (III) (goethite, α-FeO(OH) e lepidocrocite, γ-FeO(OH)) possono causare danni irreversibili. In particolare, la corrosione è favorita dagli ioni cloruro che formano l’akageneite (β-FeO(OH)Cl), responsabile, in presenza di umidità, delle goccioline di colore arancione: questo fenomeno è meglio noto come il “pianto di ferro”.

Esistono due metodi per intervenire sulla corrosione del ferro: possiamo limitare la formazione dei prodotti reattivi alla corrosione con condizioni anossiche, aumento del pH (passivazione) o applicazione di rivestimenti e agenti anticorrosivi, oppure convertire i prodotti dannosi nei loro corrispettivi più stabili. 

La conversione dei prodotti di corrosione del ferro, proposta in questo studio, si articola in due fasi: in primis la produzione aerobica di biomassa batterica e successivamente la riduzione anaerobica del ferro per la formazione di minerali biogenici specifici, utilizzando la matrice chimica ICarb. I prodotti di corrosione di partenza sono principalmente goethite e lepidocrocite, formatisi su una piastra di ferro corrosa in atmosfera marina. 

Il trattamento biologico è stato condotto utilizzando il batterio Shewanella loihica, noto per la sua capacità di crescere usando il ferro come accettore di elettroni per la respirazione e per formare particelle di magnetite dopo 75 giorni di incubazione. 

Poiché la S. loihica è un alofilo che richiede la presenza di sale per la crescita, il suo sviluppo è stato testato dapprima senza una aggiunta di NaCl, per vedere se i sali potenzialmente contenuti nella patina naturale della corrosione (cioè quelli depositati dagli aerosol prodotti in ambiente marino) fossero sufficienti per soddisfare il suo fabbisogno di sale, e poi aggiungendo NaCl in diverse concentrazioni. 

I risultati ottenuti al con analisi SEM-EDS hanno mostrato che S. loihica è in grado di ridurre Fe (III), generando una nuova fase cristallina minerale, solo con l’aggiunta di NaCl all'1%. I sali presenti nello strato di corrosione delle piastre di ferro, quindi, non forniscono la concentrazione di sale richiesta per l'attività metabolica di S. loihica. 

La produzione di fasi minerali cristalline è stata accompagnata da un piacevole cambiamento estetico nel colore dei campioni, dal rosso al grigio scuro, e dalla presenza di fosforo, assente nelle piastre incubate nel mezzo abiotico. È noto, infatti, che alcuni batteri sono in grado di accumulare fosfati all'interno delle cellule sotto forma di polifosfati. A seconda dello stato metabolico delle cellule batteriche, il fosforo può in seguito essere rilasciato sotto forma di ortofosfati, che sono la probabile fonte del suddetto elemento per la formazione biogenica dei fosfati di ferro. 

L’Identificazione delle fasi minerali, eseguita prima e dopo il trattamento batterico delle piastre di ferro, è stata condotta utilizzando l'analisi XRD (Diffrazione dei Raggi X). I risultati confermano le analisi EDS , mostrando nei campioni trattati la presenza di vivianite, già dopo una settimana di incubazione, e di siderite, dopo due e sei settimane di incubazione. Inoltre, l'intensità dei picchi XRD relativi ai prodotti reattivi di corrosione (ematite e lepidocrocite) risultano diminuire in seguito al trattamento microbiologico con l’1% di NaCl. Questo risultato ha chiaramente dimostrato l'efficacia del trattamento, finalizzata a sostituire i prodotti reattivi di corrosione con minerali biogenici stabili. 

Oltre alle misure superficiali, sono state eseguite analisi trasversali su sezioni lucide dei campioni, che mostrano una diminuzione complessiva dello spessore dello strato originale di corrosione, dopo il trattamento biologico. 

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Martina