Der kathodische Korrosionsschutz ist eine Methode zum Schutz von Metallstrukturen vor Korrosion. Die Metalle, aus denen diese Konstruktionen bestehen – gewöhnlich Stahl – sind anfällig für Korrosion durch eine Oxidationsreaktion, wenn sie häufig mit Wasser in Kontakt kommen. Die Reaktion beinhaltet die Abgabe von Elektronen durch das Metall und wird durch Spuren von im Wasser gelösten Salzen gefördert, wodurch das Wasser als Elektrolyt fungiert. Korrosion kann somit als elektrochemischer Prozess betrachtet werden. Der kathodische Schutz verwandelt die Metallstruktur in eine Kathode – eine positiv geladene Elektrode – indem eine elektrochemische Zelle mit einem elektropositiveren Metall als Anode aufgebaut wird, damit die Struktur keine Elektronen an ihre Umgebung verliert.
Diese Schutzmethode kann an unterirdischen Rohren und Tanks verwendet werden; oberirdische Strukturen, wie Strommasten; und teilweise untergetauchte Strukturen, wie Schiffe und Bohrinseln. Es kann auch zum Schutz der Stahlstangen in Stahlbeton verwendet werden. Korrosionsbeständigere Metalle sind tendenziell teurer als Stahl und können nicht die erforderliche Festigkeit aufweisen, daher ist korrosionsgeschützter Stahl in der Regel die beste Option, obwohl auch andere Metalle, die korrodieren können, auf diese Weise geschützt werden können.
Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen, das ein Redoxpotential von -0.41 Volt hat. Dies bedeutet, dass es in einer Umgebung mit einem weniger negativen Redoxpotential wie Wasser dazu neigt, Elektronen zu verlieren, die mit diesem Metall in Form von Regen, Kondensation oder feuchtem umgebendem Boden in Kontakt kommen können. Wassertropfen in Kontakt mit Eisen bilden eine elektrochemische Zelle, in der Eisen durch die Reaktion Fe -> Fe2+ + 2e- oxidiert wird. Die Eisen II (Fe2+)-Ionen gehen im Wasser in Lösung, während die Elektronen durch das Metall fließen, und am Rand des Wassers entstehen durch eine Wechselwirkung der Elektronen, Sauerstoff und Wasser durch die Reaktion Hydroxid-(OH-)-Ionen: O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-. Die negativen Hydroxidionen reagieren mit den positiven Eisen-II-Ionen im Wasser und bilden unlösliches Eisen-II-Hydroxid (Fe(OH)2), das dann zu Eisen-III-Oxid (Fe2O3), besser bekannt als Rost, oxidiert wird.
Es gibt zwei Hauptmethoden des kathodischen Schutzes, die versuchen, diese Korrosion zu verhindern, indem eine alternative Elektronenquelle bereitgestellt wird. Beim galvanischen Schutz wird ein Metall mit einem negativeren Redoxpotential als das zu schützende Metall durch einen isolierten Draht mit der Struktur verbunden und bildet eine Anode. Häufig wird hierfür Magnesium mit einem Redoxpotential von -2.38 Volt verwendet – andere häufig verwendete Metalle sind Aluminium und Zink. Bei diesem Verfahren wird eine elektrische Zelle aufgebaut, bei der ein Strom von der Anode zur Struktur fließt, die als Kathode fungiert. Die Anode verliert Elektronen und wird korrodiert; Aus diesem Grund wird sie als „Opferanode“ bezeichnet.
Ein Problem beim galvanischen Kathodenschutz besteht darin, dass die Anode schließlich so stark korrodiert ist, dass sie keinen Schutz mehr bietet und ersetzt werden muss. Ein alternatives kathodisches Schutzsystem ist der Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). Dies ist ähnlich dem galvanischen Verfahren, außer dass eine Stromversorgung verwendet wird, um einen elektrischen Strom von der Anode zur zu schützenden Struktur zu erzeugen. Im Gegensatz zu Wechselstrom (AC) wird Gleichstrom (DC) benötigt, daher wird ein Gleichrichter verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Dieses Verfahren bietet einen wesentlich dauerhafteren Schutz, da der Strom von außen zugeführt wird und nicht durch die Reaktion der Anode mit ihrer Umgebung erzeugt wird, wodurch die Lebensdauer der Anode stark erhöht wird.