Uppsalaforskare söker svar på korrosionsfrågan

– Vi har tagit ett helhetsgrepp, och tittat på både vad som händer med kopparn och eventuell vätgasbildning, säger Yvonne Brandt Andersson, professor i oorganisk kemi vid Uppsala universitet. Hon ingår i den forskargrupp som under flera års tid arbetat med experiment med koppar i rent syrgasfritt vatten.

Frågan om koppar skulle kunna korrodera i rent vatten utan syrgas närvarande väcktes redan på 1980-talet. Det var KTH-forskaren Gunnar Hultqvist som i sina experiment tyckte sig se vätgas när han stoppade ner kopparbitar i rent vatten. Vätgasen togs då som ett bevis för att kopparn korroderade. Sedan dess har flera forskare försökt upprepa Hultqvists experiment men resultaten har varit motstridiga.

SKB gav därför en forskargrupp vid Institutionen för kemi – Ångström-laboratoriet vid Uppsala universitet uppdraget att försöka hitta ett svar på den omtvistade frågan. Forskargruppen som leds av professor Mats Boman och där bland annat professorerna Yvonne Brandt Andersson och Rolf Berger ingår, valde då att ta ett helhetsgrepp på frågeställningen. De ansåg inte att det räckte att enbart titta på vätgasutveckling utan att det är minst lika viktigt att undersöka vad som händer med kopparn. Om det är kopparkorrosion som orsakar vätgasbildning så måste det också bildas korrosionsprodukter, det vill säga koppar i oxiderad form.

Renodlar försöket

Genom att renodla försöket så långt som möjligt hoppades forskarna kunna minska eventuella störningar och felkällor. Till exempel använde man 99,9999 procent ren koppar, med en ren och slät yta som stoppades ner i en glasbägare med ultrarent vatten. Efter ytterst noggranna förberedelser kunde försöket starta 2011 och ganska snart kunde man se vätgas.

Kopparbitarna som används i experimenten består av 99,9999 procent ren koppar.

Kopparbitarna som används i experimenten består av 99,9999 procent ren koppar.

– Det handlar om små mängder, inte alls i den omfattning som Gunnar Hultqvist fått. Frågan är ändå varifrån vätgasen kommer, säger professor Rolf Berger.

Genom att analysera vilka kemiska föreningar som fanns på kopparytan hoppades man få en ledtråd. Men riktigt så enkelt var det inte.

– Vi började med att använda XPS, fotoelektronspektroskopi, men den analysmetoden var inte tillräcklig för att identifiera några korrosionsprodukter. Det beror på att signalmönstren från ren koppar och kopparoxid ser likadana ut. Därför övergick vi till Augerspektroskopi som är en annan form av elektronspektroskopi. Dels är den metoden mycket ytkänslig, dels får man nu olika mönster från koppar och dess oxid, förklarar Rolf Berger.

Tittar mer detaljerat

Trots noggranna analyser av ytan gick det inte att visa att kopparn korroderat i någon nämnvärd mån. Yvonne Brandt Andersson förklarar varför.

– I förhållande till mängden vätgas så har vi hittat väldigt lite korrosionsprodukter, som mest motsvarande tre procent av den mängd som skulle ha bildats om vätgasen enbart kommer från kopparkorrosion. Så slutsatsen är att vätgasen till största delen måste komma någon annanstans ifrån.

Därmed ökar komplexiteten i experimentet och forskarna måste titta närmare på de övriga materialen som ingår i försöket. Exempelvis analyserades vattnet och där hittade man bland annat kalium, natrium, kisel och endast små mängder koppar, ämnen som kommer från glasbägaren.

– Det man kanske inte tänker på är att vatten är ett väldigt bra lösningsmedel som till och med kan lösa upp ämnen från en glasyta, säger Yvonne Brandt Andersson.

Ytterligare funderingar om vätgasens ursprung kretsade kring det rostfria stålet som tryckmätare och ventiler var gjorda av. En del vätgas kommer säkert från dessa delar, men dessa tål inte att värmebehandlas på samma sätt som resten, där man kunde driva ut en stor del av det väte som fanns i stålet.

Experimentet modifieras

Under försökets gång har även själva experimentuppställningen modifierats, berättar Mikael Ottosson som är förste forskningsingenjör.

– Liksom Gunnar Hultqvist använder vi ett palladiummembran som endast släpper igenom vätgas till en tryckkammare, just för att kunna mäta hur mycket vätgas som bildas. Efter att vi kört i gång de första försöken upptäckte vi att membranet även släppte ut vätgas ur systemet så därför har vi satt dit en yttre tätning runt membranet för att få en sannare bild av vätgasutvecklingen. Vi har också modifierat systemet som registrerar vätgastrycket.

Forskarna har fortsatt arbetet, bland annat med att ytterligare försöka minska bakgrundsvärdena för tryckmätningarna och även med nya experiment med fokus på olika kopparkvaliteter och olika ytbehandlingar. Här har forskarna också samarbetet med det mikrobiologiska forskningsföretaget Microbial Analytics AB i Göteborg som också gör försök med koppar i rent vatten, fast med en alternativ metod.

I sina slutsatser kunde forskarna inte konstatera varken något signifikant förhöjt vätgastryck ovanför bakgrundsnivån, eller några tecken på korrosionsprodukter som innehöll koppar.