Elektrochemische und quantenchemische Untersuchung von L‑Ornithin L‑Aspartat als nachhaltigem Korrosionsinhibitor für AISI 1018‑Stahl in saurer Umgebung

Aus Abfalltabletten wird Metallschutz

Produkte des täglichen Lebens — von Autos bis zu Chemietanks — sind auf Stahl angewiesen. Trifft dieser Stahl jedoch auf starke Säuren, kann er schnell korrodieren, was der Industrie weltweit Billionen von Dollar kostet. Diese Studie untersucht einen unerwarteten Weg, Stahl zu schützen: durch Wiederverwendung abgelaufener Medikamente. Die Forschenden zeigen, dass ein ernährungsphysiologisches Arzneimittel, L‑Ornithin L‑Aspartat, aus pharmazeutischem Abfall in einen wirkungsvollen Schutz umgewandelt werden kann, der Stahl in aggressiven sauren Bedingungen bewahrt.

Warum Säure Metall so schnell angreift

Stahlkonstruktionen in Raffinerien, Pipelines und chemischen Anlagen stehen häufig in Kontakt mit sauren Flüssigkeiten wie Salzsäure. Ohne Schutz entziehen die Säuren Metallatome von der Oberfläche, sodass sich Löcher, Risse und schließlich Durchbrüche bilden. Konventionelle Zusätze können diesen Angriff verlangsamen, sind aber oft giftig, teuer oder in sehr starken Säuren wenig wirksam. Das Team dieser Arbeit wollte eine sauberere, günstigere Alternative finden, die zugleich ein anderes wachsendes Problem angeht: die Frage, was mit den Tonnen abgelaufener Arzneimittel geschehen soll, die Apotheken und Krankenhäuser jährlich entsorgen müssen.

Dem abgelaufenen Medikament ein zweites Leben geben

Die Forschenden konzentrierten sich auf L‑Ornithin L‑Aspartat, eine Verbindung aus zwei Aminosäuren, die üblicherweise als Leberschutzpräparat verordnet wird. Selbst sechs Monate nach dem Verfallsdatum zeigten sorgfältige Tests, dass nahezu alle Arzneimoleküle chemisch intakt waren. Die Wissenschaftler lösten dieses abgelaufene Material in einer starken Salzsäurelösung und tauchten Proben eines gängigen Baustahls, AISI 1018, ein, um zu prüfen, ob das Arzneimittel die Korrosion verlangsamen kann. Anschließend nutzten sie mehrere komplementäre Methoden — Gewichtsverlustmessungen, elektrische Tests, Oberflächenbildgebung und Computersimulationen — um ein vollständiges Bild der Wirksamkeit und der Wirkungsweise zu erhalten.

Wie sich der unsichtbare Schutzfilm auf Stahl bildet

Wird das abgelaufene Medikament zur Säure gegeben, werden seine Moleküle von der Stahloberfläche angezogen und haften daran, wodurch ein dünner organischer Film entsteht. Elektrochemische Messungen zeigen, dass mit steigender Wirkstoffkonzentration der fließende korrosive Strom an der Stahloberfläche stark abnimmt. Auf dem höchsten getesteten Niveau fällt die Korrosionsrate um mehr als 90 Prozent, und der Stahl verliert über Stunden in heißer Säure nahezu keine Masse. Mikroskopische Bilder belegen dies: Stahl, der nur der Säure ausgesetzt war, erscheint rau und tief angefressen, während durch das Medikament geschützter Stahl glatt und weitgehend schadfrei ist. Computermodelle, die zeigen, wie einzelne Moleküle auf einer Eisenoberfläche andocken, legen nahe, dass das Molekül stark anhaftet und sich ausbreitet, wodurch eine dichte Barriere entsteht, die aggressive Chloridionen und Wasserstoff am Erreichen des Metalls hindert.

Stabiler Schutz unter realen Bedingungen

Das Team prüfte auch, wie sich der Schutz mit der Temperatur verändert, da viele industrielle Prozesse bei erhöhten Temperaturen ablaufen. Erwärmt man die Säure von Raumtemperatur bis nahe dem Siedepunkt des Wassers, beschleunigt sich die Korrosion, doch das abgelaufene Arzneimittel hält dennoch mehr als 90 Prozent des Schadens fern. Berechnungen zeigen, dass das Medikament die Energieschwelle erhöht, die Korrosionsreaktionen überwinden müssen, wodurch die Metalloberfläche schwerer angreifbar wird. Untersuchungen zur Anordnung der Moleküle deuten darauf hin, dass sie zunächst die reaktivsten Stellen des Stahls besetzen und sich dann über weniger aktive Bereiche ausbreiten, wodurch eine etwas ungleichmäßige, aber hochwirksame Mehrschichtbeschichtung entsteht. Interessanterweise zeigen frische und abgelaufene Varianten des Medikaments nahezu identische Leistungen, was bestätigt, dass das „Abfall“-Material noch alle nötigen Eigenschaften zum Metallschutz besitzt.

Was das für Industrie und Umwelt bedeutet

Kurz gesagt zeigt diese Arbeit, dass ein sicheres, preiswertes Leberpräparat — weit über sein medizinisches Verfallsdatum hinaus — als hocheffizienter Rostschutz für Stahl in extrem saurer Umgebung dienen kann. Indem eine ökologische Belastung (abgelaufene Arzneimittel) in eine Schutzbeschichtung für Industriemetalle verwandelt wird, verknüpft der Ansatz Kosteneinsparungen mit saubererer Chemie. Bei Skalierung könnten ähnliche Strategien Fabriken dabei helfen, sowohl korrosionsbedingte Ausfälle als auch Probleme der Arzneimittelentsorgung zu reduzieren und einen Schritt näher an eine Kreislaufwirtschaft heranrücken, in der Materialien wiederverwendet statt weggeworfen werden.

Zitation: Alshammari, O.A.O., Abdelwahab, A., Jeilani, Y.A. et al. Electrochemical and quantum chemical exploration on L-ornithine L-aspartate as a sustainable corrosion inhibitor for AISI 1018 steel in acidic environment. Sci Rep 16, 13029 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49295-4

Schlüsselwörter: Korrosionshemmung, abgelaufene Arzneimittel, Stahlschutz, grüne Chemie, saure Umgebungen