Effetto dei processi elettrochimici di trattamento dell’acqua sulla corrosione dell’acciaio al carbonio nelle reti di approvvigionamento idrico urbane

Perché contano i tubi dell’acqua di casa

I sistemi di trattamento elettrochimico dell’acqua stanno diventando sempre più comuni nelle città perché rimuovono in modo efficiente gli inquinanti, addolciscono l’acqua e eliminano i microrganismi. Ma le stesse reazioni elettriche che purificano l’acqua possono anche corrodere silenziosamente i tubi in metallo che la portano nelle nostre case. Questo studio esamina come tali trattamenti influenzino l’acciaio al carbonio, un materiale comune per le tubazioni, e spiega perché la corrosione può accelerare drasticamente quando l’elettricità interagisce con la chimica quotidiana dell’acqua del rubinetto.

Pulire l’acqua con l’elettricità

Il trattamento elettrochimico dell’acqua fa passare una corrente elettrica attraverso l’acqua usando piastre metalliche chiamate elettrodi. Questo può rimuovere ioni indesiderati, degradare inquinanti organici e generare disinfettanti, rendendo il processo interessante per i sistemi urbani e industriali. A differenza del trattamento tradizionale, però, i tubi non sono collegati elettricamente all’impianto: ricevono solo l’acqua trattata che esce dall’unità. Ciò significa che l’aumento della corrosione non è dovuto all’elettricità che tocca direttamente la tubazione, ma ai cambiamenti nella chimica dell’acqua: nuovi agenti ossidanti per la disinfezione, variazioni dell’acidità e il movimento di ioni minerali che normalmente aiutano a formare strati protettivi all’interno dei tubi.

Perdita di metallo più rapida e danni nascosti più profondi

I ricercatori hanno condotto un esperimento di 90 giorni con acqua cittadina reale, esponendo campioni di acciaio al carbonio a tensioni diverse da 0 a 9 volt e monitorando perdita di peso, danni superficiali e comportamento elettrochimico. Hanno rilevato che già nei primi tre giorni l’attivazione dell’elettrolisi peggiorava la corrosione, e che tensioni maggiori corrispondevano sempre a danni maggiori. A 9 volt, la velocità di corrosione generale è aumentata di oltre 25 volte rispetto all’acqua non sottoposta al processo elettrico. Tramite scansioni 3D della superficie hanno anche mostrato che le piccole cavità nel metallo crescevano molto più in profondità con l’aumentare della tensione. Alla tensione massima, le cavità più profonde erano quasi cinque volte più profonde che nell’acqua non trattata, riducendo drasticamente la vita utile prevista dell’acciaio anche se la perdita media di materiale non sembrava estrema.

Perché gli strati protettivi falliscono

All’interno di molte tubazioni, i minerali disciolti nell’acqua formano naturalmente un sottile strato denso che aiuta a proteggere il metallo. Nell’acqua non trattata, il carbonato di calcio svolge questo ruolo protettivo. Nell’acqua trattata elettrochimicamente, tuttavia, quella protezione minerale scompare in gran parte. Poiché il catodo nell’unità di trattamento attrae ioni calcio e carbonato e favorisce la loro deposizione lì, meno di questi ioni rimangono disponibili per costruire uno scudo solido sulle pareti dei tubi. Test microscopici e di diffrazione hanno rivelato che, invece di una barriera densa e ricca di minerali, l’acciaio in acqua trattata sviluppava un rivestimento di ruggine allentato e poroso con piccoli cristalli instabili. Questo rivestimento debole permetteva il facile passaggio di specie corrosive ed elettroni, così la corrosione restava veloce invece di rallentare nel tempo.

Un attacco chimico più aggressivo nell’acqua

Per identificare cosa guidasse l’attacco aggiuntivo, il team ha separato i diversi fattori. Quando hanno eseguito elettrolisi in una soluzione solfata senza cloruri, i prodotti della scissione dell’acqua—come ossigeno, idrogeno e radicali a vita breve—hanno modificato appena il comportamento corrosivo dell’acciaio. Ma quando era presente il cloruro, lo stesso ione presente nei sali comuni e in molte forniture idriche, la situazione cambiava. L’elettrolisi trasformava parte del cloruro in ipoclorito, un disinfettante più reattivo. I test elettrochimici hanno mostrato che all’aumentare della corrente l’acciaio diventava molto più facile da corrodere nelle soluzioni contenenti cloruri. Simulazioni al computer hanno confermato questo risultato: l’ipoclorito abbassava la barriera energetica per l’allontanamento degli atomi di ferro dalla superficie metallica, rendendo la corrosione più agevole rispetto al solo cloruro. Allo stesso tempo, la rapida formazione di prodotti di ruggine consumava ioni idrossido, spostando l’acqua verso pH più bassi, cioè condizioni più acide, che favorivano ulteriormente la corrosione.

Cosa significa per i sistemi idrici

Per i non specialisti, la conclusione è che pulire e disinfettare l’acqua con l’elettricità non è automaticamente innocuo per i tubi che la trasportano. In sistemi dove l’acqua contiene cloruri, il trattamento elettrochimico può convertire parte di quel cloruro in un disinfettante più forte e corrosivo, oltre a sottrarre i componenti minerali necessari a costruire protezioni naturali. Il risultato è un assottigliamento più rapido del metallo e cavità più profonde che possono accorciare la vita delle tubazioni e aumentare il rischio di perdite o contaminazioni. Gli autori suggeriscono che progettisti e gestori di tali sistemi considerino la corrosione come una questione centrale di progetto—limitando la tensione, riducendo i cloruri prima del trattamento, scegliendo elettrodi che producano meno sottoprodotti aggressivi e monitorando a lungo termine la corrosione per pitting e la chimica dell’acqua—affinché un’acqua più pulita non avvenga a scapito dell’affidabilità delle infrastrutture.

Citazione: Zhao, S., Jing, Y., He, X. et al. Effect of electrochemical water treatment processes on carbon steel corrosion in urban water supply system. npj Mater Degrad 10, 23 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00736-5

Parole chiave: trattamento elettrochimico dell’acqua, corrosione dell’acciaio al carbonio, tubi idrici urbani, cloruro e ipoclorito, durabilità delle infrastrutture idriche