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Beitrag von Anna Reese und Dr. Daniel Pröfrock, Abteilung Marine Bioanalytische Chemie
Galvanische Anoden aus Aluminium- und Zink-Legierungen werden für den Korrosionsschutz u.a. von Schiffen (hauptsächlich Zink-Anoden) und Offshore-Bauwerken (hauptsächlich Aluminium-Anoden) wie Windkraftanlagen angewendet. In dieser Publikation wurden im Rahmen des HZG-BSH-Kooperationsprojekts OffChEm, das noch bis 2021 läuft, Aluminium- und Zink-Anoden auf ihre metallische Zusammensetzung hin untersucht, in welchem Maße möglicherweise für die marine Umwelt problematische Metalle durch sie freigesetzt werden.
Die Untersuchungen zeigten, dass sich Zink- und Aluminium-Anoden signifikant in ihrer Element- und Blei-Isotopen-Zusammensetzung unterscheiden. Dies ermöglicht potentiell die genaue Zuordnung von Emissionsquellen (z.B. ob die Metalle durch Schiffe oder durch Offshore Windparks freigesetzt werden). Die ermittelten Konzentrationswerte der in den Anoden enthaltenen Elemente wurden mit typischen Konzentrationen in der marinen Umwelt verglichen und so verschiedene Anzeiger für einen durch Anoden verursachten Eintrag von Metallen in die marine Umwelt identifiziert: Dazu zählen Aluminium und Zink als Hauptbestandteile der Anoden, die umweltrelevanten Elemente Blei und Cadmium, die sog. Technologie-kritischen und extrem seltenen Elemente Gallium und Indium sowie der Blei-Isotopenfingerabdruck der Anodenmaterialien.
Die Studie zeigt den Umfang potentieller stofflicher Freisetzungen aus Offshore Windparks auf und schlägt verschiedene Anzeiger vor, die zukünftig z.B. durch die Überwachungsbehörden herangezogen werden können, um mögliche negative Auswirkungen der aktuell verwendeten Korrosionsschutzverfahren für Offshore Windkraftanlagen auf die marine Umwelt näher zu untersuchen.
Reese, A., Voigt, N., Zimmermann, T., Irrgeher, J., & Pröfrock, D. (2020): Characterization of alloying components in galvanic anodes as potential environmental tracers for heavy metal emissions from offshore wind structures. Chemosphere, Volume 257, 127182, doi:10.1016/j.chemosphere.2020.127182
Abstract:
The impact of offshore constructions on the marine environment is unknown in many aspects. The application of Al- and Zn-based galvanic anodes as corrosion protection results in the continuous emission of inorganic matter (e.g. >80 kg Al-anode material per monopile foundation and year) into the marine environment. To identify tracers for emissions from offshore wind structures, anode materials (Al-based and Zn-based) were characterized for their elemental and isotopic composition. An acid digestion and analysis method for Al and Zn alloys was adapted and validated using the alloy CRMs ERM®-EB317 (AlZn6CuMgZr) and ERM®-EB602 (ZnAl4Cu1). Digests were measured for their elemental composition by ICP-MS/MS and for their Pb isotope ratios by MC ICP-MS. Ga and In were identified as potential tracers. Moreover, a combined tracer approach of the elements Al, Zn, Ga, Cd, In and Pb together with Pb isotope ratios is suggested for a reliable identification of offshore-wind-farm-induced emissions. In the Al anodes, the mass fractions were found to be >94.4% of Al, >26200 mg kg−1 of Zn, >78.5 mg kg−1 of Ga, >0.255 mg kg−1 of Cd, >143 mg kg−1 of In and >6.7 mg kg−1 of Pb. The Zn anodes showed mass fractions of >2160 mg kg−1 of Al, >94.5% of Zn, >1.31 mg kg−1 of Ga, >254 mg kg−1 of Cd, >0.019 mg kg−1 of In and >14.1 mg kg−1 of Pb. The n(208Pb)/n(206Pb) isotope ratios in Al anodes range from 2.0619 to 2.0723, whereas Zn anodes feature n(208Pb)/n(206Pb) isotope ratios ranging from 2.0927 to 2.1263.
