Bioinspiriertes CP-Monitor; im Verbundprojekt: CIAM - Comprehensive integrated and fully autonomous subsea monitoring

Abstract

Das Teilprojekt "Bioinspirierter CP-Monitor" im Rahmen des Verbundprojekts CIAM (Comprehensive Integrated and Fully Autonomous Subsea Monitoring) verfolgt das Ziel, eine sensorbasierte Methode zur in-situ Erfassung von elektrischen Feldern unter Wasser zu entwickeln. Diese Felder entstehen durch kathodische Korrosionsschutzsysteme (CP), die insbesondere in der Offshore-Industrie eine zentrale Rolle beim Schutz von Stahlstrukturen spielen. Im Laufe des Projekts wurde ein Sensorchip mit Platin- und Ag/AgCl-Elektroden entwickelt. Die Platinelektroden wurden mithilfe elektrochemischer Vorbehandlungsprotokolle konditioniert, um stabile Open-Circuit-Potenziale (OCP) zu erzielen. Dabei zeigte sich eine ausgeprägte Abhängigkeit vom Sauerstoff-Massentransport, die durch das Aufbringen einer Hydrogelschicht erfolgreich reduziert werden konnte. Diese Modifikation verbesserte die Messqualität deutlich, sodass die Platinelektroden gemeinsam mit on-chip gefertigten Ag/AgCl-Dünnfilmelektroden zur Erfassung realer elektrischer Felder auf einem AUV eingesetzt werden konnten. Zur Validierung wurde ein Labormessfeld mit simulierten CP-Systemen aufgebaut. Mithilfe einer CNC-gesteuerten Positioniereinheit konnten räumlich aufgelöste E-Feld-Messungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse stimmten gut mit Finite-Elemente-Simulationen (FEM) überein. In den Messreihen wurde erneut die Sensitivität des Platinpotenzials gegenüber Massentransportstörungen im Elektrolyten deutlich, ein Effekt, der durch die Hydrogelschicht signifikant reduziert werden konnte. Darüber hinaus wurden die Sensorchips unter verschiedenen Vorbehandlungsprotokollen in künstlich erzeugten elektrischen Feldern getestet, wobei auch die Pseudoreferenzeigenschaften der Ag/AgCl-Elektroden auf dem Chip analysiert wurden. Parallel dazu wurden umfangreiche Schritte zur Integration des Sensorsystems in ein AUV der Firma ROSEN unternommen. In enger Abstimmung mit ROSEN und ROSENXT wurden ein druckfestes Titangehäuse sowie die elektrischen Anschlüsse spezifiziert, bestellt und getestet. Die Sensorhardware wurde an die Anforderungen dieses Gehäuses angepasst, inklusive mehrerer isolierter Erdungsoptionen. Funktionstests in einem Wassertank zeigten keine elektrischen Inkompatibilitäten auftretende Störungen durch Motorinterferenzen konnten behoben werden. Die Messqualiät der Ag/AgCl-Pseudo-Referenzelektroden in dieser Test-Umgebung war vergleichbar mit jener der konditionierten Pt-Hydrogel-Elektroden. Die im Projekt erzielten Ergebnisse ermöglichen die Integration des Sensorsystems in ein autonom operierendes Unterwasserfahrzeug und eröffnen neue Möglichkeiten zur langfristigen, automatisierten Überwachung von Korrosionsschutzsystemen in maritimen Umgebungen. Damit leistet das Projekt einen Beitrag sowohl zur wissenschaftlichen Weiterentwicklung elektrochemischer Sensorik als auch zur technologischen Umsetzung robuster Monitoringlösungen für die Unterwasserinspektion.