Warum Korrosionsschutz unverzichtbar ist
Stahl ist im Erdreich, im Wasser und in feuchter Atmosphäre thermodynamisch instabil: Er strebt danach, in seinen ursprünglichen, oxidierten Zustand zurückzukehren – also zu rosten (Bild 1). Ohne Schutzmaßnahmen führt dieser elektrochemische Prozess zu Wanddickenverlust, Lochfraß und im schlimmsten Fall zum Bauteilversagen (Bild 2). Bei Leitungen für Gas, Wasserstoff oder andere Medien, bei denen die Medien unter Druck gefördert werden, ist das nicht nur eine Frage der Wirtschaftlichkeit, sondern unmittelbar sicherheitsrelevant. Hinzu kommt, dass erdverlegte Leitungen nicht visuell kontrollierbar sind. Korrosionsschutz ist deshalb bereits in der Planung dieser Leitungssysteme mitzudenken.
Anders als viele andere Schadensmechanismen verläuft Korrosion schleichend und wird oft erst durch spektakuläre Schadensfälle wie Rohrbrüche, Pipelinelecks oder eingestürzte Bauwerke öffentlich wahrgenommen. Für Betreiber von Rohrleitungsnetzen bedeutet dies, dass Korrosionsmanagement kein einmaliges Bauprojekt, sondern eine kontinuierliche betriebliche Aufgabe über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage ist – von der Werkstoff- und Beschichtungsauswahl über die Inbetriebnahme bis zur laufenden Überwachung und Instandhaltung.
Volkswirtschaftliche Bedeutung
Der wirtschaftliche Umfang des Korrosionsproblems wird regelmäßig unterschätzt, weil die Kosten breit verteilt und selten einem einzelnen Ereignis zuzuordnen sind. Die international meistzitierte Untersuchung, die IMPACT-Studie von NACE International (heute AMPP) aus dem Jahr 2016, beziffert die weltweiten Kosten durch Korrosion auf rund 2,5 Billionen US-Dollar pro Jahr – das entspricht etwa 3,4 Prozent der globalen Wirtschaftsleistung. Die Studie geht zugleich davon aus, dass sich durch konsequente Anwendung bekannter Korrosionsschutzverfahren 15 bis 35 Prozent dieser Kosten einsparen ließen, weltweit also mehrere hundert Milliarden US-Dollar jährlich.
Für Industrieländer werden ähnliche Größenordnungen berichtet: Studien der World Corrosion Organisation und weiterführende Untersuchungen gehen von direkten Korrosionskosten in Höhe von etwa drei bis vier Prozent des Bruttoinlandsprodukts aus, unter Einbeziehung von Folgekosten wie Produktionsausfällen teils deutlich mehr. Für Deutschland ergäben sich daraus – je nach zugrunde gelegter Bandbreite – jährliche Schäden im niedrigen bis mittleren zweistelligen Milliardenbereich, in einzelnen Schätzungen sogar deutlich darüber. Diese Zahlen umfassen alle Wirtschaftsbereiche und nicht nur Rohrleitungen; sie machen aber die Größenordnung deutlich, in der sich auch Investitionen in den Korrosionsschutz von Leitungsinfrastruktur bewegen.
Der Blick auf die deutsche Leitungsinfrastruktur zeigt, welches Vermögen hier überhaupt geschützt werden muss: Allein das deutsche Gashochdrucknetz umfasst rund 40.000 Kilometer Fernleitungen. Hinzu kommen Wasser-, Fernwärme- und Industrieleitungsnetze in vergleichbaren Größenordnungen. Jeder Kilometer unzureichend geschützter Stahlleitung ist ein potenzielles Sicherheits- und Versorgungsrisiko sowie ein Instandhaltungs- und Erneuerungsaufwand, der sich über Jahrzehnte auf die Netzentgelte und damit letztlich auf die Allgemeinheit auswirkt. Konsequenter Korrosionsschutz verlängert die Nutzungsdauer der Anlagen erheblich und ist damit eine der wirtschaftlichsten Maßnahmen der Anlagensicherheit.
Korrosionsarten bei Stahlrohrleitungen
Nicht jede Korrosion verläuft gleich – für die Wahl des richtigen Schutzkonzepts ist die Unterscheidung der Schadensmechanismen entscheidend:
- Flächenkorrosion (gleichmäßiger Abtrag): Der Werkstoff wird großflächig gleichmäßig abgetragen. Sie ist vergleichsweise gut vorhersehbar und kalkulierbar, aber bei fehlendem Schutz auf Dauer wanddickenrelevant.
- Lochfraßkorrosion (Lochkorrosion): Lokal begrenzter, aber tiefer Abtrag, häufig an Fehlstellen der Beschichtung oder bei inhomogenen Böden. Besonders tückisch, weil sie trotz geringem Materialverlust schnell zur Durchwandung führen kann.
- Spannungsrisskorrosion: Zusammenwirken von mechanischer Zugspannung und korrosivem Medium, das zu Rissbildung ohne nennenswerten Masseverlust führt – schwer zu detektieren, aber sicherheitskritisch.
- Kontakt- bzw. Bimetallkorrosion: Entsteht, wenn unterschiedlich edle Metalle elektrisch leitend verbunden sind; das unedlere Metall korrodiert bevorzugt (galvanisches Element).
- Mikrobiell induzierte Korrosion (MIC): Mikroorganismen im Boden oder Medium verändern die lokale Chemie an der Rohroberfläche und beschleunigen den Korrosionsangriff.
- Wechselstromkorrosion: Durch benachbarte Hochspannungsleitungen, Bahnstromsysteme oder andere Fremdstromquellen induzierte Wechselspannungen können an Beschichtungsfehlstellen selbst bei aktivem kathodischem Schutz Korrosion begünstigen und erfordern eigene Bewertungs- und Schutzkonzepte.
In der Praxis treten diese Mechanismen häufig kombiniert auf, weshalb Korrosionsschutzkonzepte für Rohrleitungen grundsätzlich mehrschichtig aufgebaut werden: eine Kombination aus passivem Schutz durch Beschichtungen und aktivem, elektrochemischem Schutz durch den kathodischen Korrosionsschutz.
Aktiver Korrosionsschutz
Aktiver Korrosionsschutz greift unmittelbar in den elektrochemischen Korrosionsprozess ein, statt den Werkstoff nur mechanisch von seiner Umgebung abzuschirmen. Grundprinzip ist es, das zu schützende Stahlbauteil elektrisch so zu polarisieren, dass es zur Kathode eines elektrochemischen Systems wird – an der Kathode findet keine Metallauflösung statt. Diese kathodische Polarisation kann auf zwei Wegen erreicht werden: durch Opferanoden aus unedleren Metallen (galvanischer bzw. Opferanodenschutz), die sich anstelle des Rohres auflösen, oder durch eine von außen eingeprägte Gleichspannung, den sogenannten Fremdstromschutz. Beide Verfahren werden unter dem Oberbegriff kathodischer Korrosionsschutz (KKS) zusammengefasst.
Aktiver Schutz ist besonders dort unverzichtbar, wo eine lückenlose passive Beschichtung praktisch nicht garantiert werden kann: Transportleitungen sind kilometerlang, werden im Baubetrieb mechanisch beansprucht und altern über Jahrzehnte. Beschichtungsfehlstellen entstehen unvermeidlich, etwa durch Transport, Verlegung, Bodenbewegungen oder mechanische Einwirkungen Dritter. Genau an diesen Fehlstellen setzt der kathodische Korrosionsschutz an: Er schützt den Stahl auch dort, wo die Beschichtung versagt, und ist damit die wirksame Ergänzung – nicht der Ersatz – des passiven Schutzes.
Kathodischer Korrosionsschutz (KKS)
Der kathodische Korrosionsschutz ist für erdverlegte Stahlrohrleitungen in Deutschland nach dem DVGW-Regelwerk und nach DIN EN ISO 15589-1 für Onshore-Rohrleitungssysteme in der Öl- und Gasindustrie verbindlich vorgeschrieben und normativ bis ins Detail geregelt. Beim Fremdstromschutz, dem in Fernleitungsnetzen dominierenden Verfahren, wird über ein Gleichrichtergerät eine Schutzspannung zwischen der Rohrleitung und in den Boden eingebrachten Anoden angelegt. Beim galvanischen Schutz übernehmen Opferanoden aus Magnesium, Zink oder Aluminium diese Funktion ohne externe Energiequelle – ein Verfahren, das sich vor allem für kürzere Leitungsabschnitte, Behälter oder Armaturen eignet.
Ob der Schutz wirksam ist, wird über das Rohr-Boden-Potenzial gemessen und mit normierten Schutzkriterien verglichen; ergänzend kommen Probebleche, Datenlogger oder kontinuierliche Fernüberwachungssysteme zum Einsatz, um Schwankungen etwa durch Streuströme, Bahnbeeinflussung oder Wechselstromeinträge zuverlässig zu erfassen. Besondere fachliche Sorgfalt erfordert die Kombination mit AC-Abgrenzeinheiten in Bereichen mit Wechselstrombeeinflussung durch Hochspannungsleitungen oder Bahnanlagen: Diese Systeme leiten Wechselströme gezielt ab, ohne den für den KKS notwendigen Gleichstromanteil zu unterbrechen. Da sich Umgebungsbedingungen – etwa durch neue Nachbarinfrastruktur oder veränderte Bodenverhältnisse – über die Betriebsdauer ändern können, ist der KKS kein einmalig eingerichtetes System, sondern muss regelmäßig gemessen, bewertet und bei Bedarf angepasst werden.
