地中インフラの脅威となる電食の発生メカニズムと事例

はじめに

地中インフラは、人々の日常生活を支える重要な設備であり、電力、ガス、水道などのライフラインを提供しています。
これらのインフラが一度損傷や故障を起こすと、その影響は広範囲に及び、人々の生活に大きな影響を及ぼします。
そのため、これらのインフラを守るための技術や管理が非常に重要となります。
その中でも「電食」は、地中インフラにとって非常に大きな脅威の一つです。
この記事では、電食の発生メカニズムと具体的な事例、そしてその対策について詳しく解説します。

電食とは何か

電食とは、電気化学的な腐食現象の一つで、主に地中や水中で発生する腐食現象を指します。
地中に埋設された金属製のパイプラインや構造物は、周囲の土壌や水分中の電解質によって電位差が生じることがあります。
この電位差によって、金属表面に電流が流れることになり、金属原子が溶出し腐食が進行します。
電食は、特に長距離にわたるパイプラインや地下貯蔵タンクなどの設備において顕著に見られ、放置すると設備の強度低下や漏洩などの重大な問題を引き起こす可能性があります。

電食の種類

電食は主に2種類に分類されます。

直流電食

直流電食は、外部から直流電流の供給を受けることで金属表面に腐食が生じる現象です。
これは例えば、地下鉄や電車の電力供給におけるレールから漏れた電流が地下のパイプラインに流れ込んで発生する場合などがあります。

交流電食

交流電食は、主に電力線や送電線の近接によって交流の誘導電流が金属に流れ込むことで発生するものです。
交流電流でも、一定の条件下では金属の表面に腐食を引き起こすことがあります。

電食の発生メカニズム

電食の発生メカニズムは基本的に電気化学反応に基づいています。
金属とその環境との間に電位差が生じると、その金属表面に電流が流れ、酸化還元反応が進行します。
以下にその基本的なメカニズムを示します。

アノード反応

アノード反応では、金属が電子を放出してイオン化します。
例えば、鉄の場合は以下のようになります。

Fe → Fe²⁺ + 2e⁻

この反応で金属は失われることになり、腐食が進行します。

カソード反応

カソード反応では、他の物質が電子を受け取り還元されます。
代表的なものとしては、水素イオンが水素原子に還元される反応があります。

2H⁺ + 2e⁻ → H₂

このように、アノードとカソードの両側で反応が進行することで、金属の腐食が進むのです。

電食の具体例と影響

電食は世界中の多様な産業およびインフラに重大な影響を与えています。
ここでは具体的な事例を挙げて、その影響を示します。

パイプラインの破損

電食が進行した結果、石油やガスの輸送パイプラインに穴が開くことがあります。
例えば、サウジアラビアでは石油パイプラインの破損により、甚大な環境被害を引き起こしました。
漏洩した油は地中や海に流出し、周囲の生態系に多大な影響を及ぼすことになります。

地下貯蔵タンクの損傷

地下に設置された貯蔵タンクが電食によって腐食し、内容物の漏洩事故を引き起こす事例も多々あります。
このような事故は、例えばガソリンや化学薬品の貯蔵タンクで発生した場合、特に緊急性をもって対処する必要があります。

電食の予防と対策

電食を未然に防ぎ、インフラの安全性を確保するために、様々な予防策や対策が講じられています。

防食被膜の適用

一つの方法は、防食被膜を利用して金属表面を覆うことです。
被膜は化学的、物理的に安定しており、金属が腐食環境に直接接触することを防ぎます。

カソード防食

カソード防食は、人工的に陰極電流を流すことで金属の酸化反応を防止する方法です。
主に、犠牲陽極法と外部電源法という二つの技術が利用されます。

犠牲陽極法

犠牲陽極法では、鉄よりも電位の低い金属を近くに設置し、そちらが腐食することで基礎金属の腐食を防ぎます。

外部電源法

外部電源法は、外部からの電力供給によって、金属の酸化を防ぐための電流を流す方法です。
この方法では、管理が重要であり、電流の過不足が起きないように常に監視する必要があります。

まとめ

電食は地中インフラの安全性と耐久性に関わる重大な問題であり、それが引き起こす影響は広範囲に及びます。
予防および対策技術を適切に導入することで、多くの電食問題は未然に防止することが可能です。
製造業やインフラ関連の仕事に従事するすべての方が、この問題を理解し、必要な対策を採ることが不可欠です。
現場目線で考えた適切な管理方針と技術導入が、インフラの長寿命化と安全性の確保に寄与します。
電食についての正しい知識を持ち、その予防や対策を適切に行うことが、今後さらに重要となってくるでしょう。