Měď v architektuře a životní prostředí

Během posledních 15 let se profesor Inger Odnevall Wallinder (IOW) podílel na rozsáhlých interdisciplinárních laboratorních a terénních studiích koroze a odplavování kovu z měděných střech a fasád na vědecké divizi, která se zabývá studiem povrchů a jejich koroze v Královském technologickém institutu KTH ve Stockholmu.

Chris Hodson (CH): Co se děje, když měď na vzduchu mění barvu na hnědou a pak zelenou?

IOW: Při vystavení venkovním podmínkám všechny kovy - kromě těch "nejvznešenějších", jako je například zlato a platina - v různém rozsahu oxidují a korodují. Můžeme to vidět na rzi oceli a bílých skvrnách na galvanizované oceli. Nicméně oxidaci kovů nebo slitin, jako je titan a nerezová ocel, nelze obvykle vidět pouhým okem.

Na mědi, vystavené vnějším podmínkám, se nejprve tvoří oxid měďný (kuprit), způsobující postupné tmavnutí do hnědo - černého vzhledu. Poté různé základní sulfáty a chloridy mědi způsobí zezelenání povrchu. Tato povrchová patina závisí na převládajících podmínkách okolního prostředí, zvlášť na koncentracích oxidu siřičitého a chloridu sodného. V mořském prostředí způsobují základní chloridy mědi změnu barvy povrchu mědi více do modra. Bez ohledu na tyto zeleno/modré povrchy zůstává vnitřní vrstva převážně černo - hnědě kupritová. Pokud ve vzduchu není přítomno znečištění a poblíž není pobřeží, zůstane patina nahnědlá. 

CH: Jaký má patina vliv na korozi měděného povrchu?

IOW: Patina se silně váže na povrch a působí jako účinná překážka, významně snižující rychlost koroze podkladového měděného kovu. U měděných povrchů, které mají patinu přes 100 let, nebyl podkladový kov dosud oxidován: to by nebylo možné, pokud by byly přítomny snadno rozpustné produkty koroze, jako jsou soli mědi. 

CH: Proč se patina rychle nerozpustí a nespláchne se z povrchu jako vodorozpustné soli? 

IOW: Za prvé, základní sloučeniny mědi, vzniklé v měděné patině, jsou chemicky velmi odlišné od rozpustných solí mědi. Za druhé, základní sloučeniny mědi jsou integrovány v patině, převážně se skládající z kupritu. Zatřetí, v podmínkách tenkého vodního filmu dochází v kombinaci s opakovanými atmosférickými cykly sucha a mokra k tomu, že částečně rozpuštěná měď, uvolněná ze složek patiny, se během sušicích cyklů znovu sráží. Tyto podmínky jsou velmi odlišné od laboratorních podmínek kompletního ponoření, kde nedochází k žádným sušícím cyklům a rozpuštěná měď má omezené možnosti opětného srážení. 

CH: Takže dešťovou vodou je nějaký materiál odnášen z povrchu mědi? 

IOW: U všech kovů dochází k odplavování části materiálu z jejich povrchu. Pouze odplavováním dešťovou vodou může dojít k uvolňování případné rozpuštěné mědi z povrchu. Tato skutečnost v zásadě závisí na vlastnostech deště (intenzita, množství, doba trvání, kyselost) a převládajících směrech větru, společně s faktory jako je geometrie a orientace stavby, její sklon a krytí. Množství materiálu, které se tak uvolní do vody, je jen velmi malým podílem patiny a většina uvolněných sloučenin mědi má stejně velmi špatnou rozpustnost. 

CH: Co se stane s mědí ve vodě, odtékající z budovy? 

IOW: Ukázalo se, že různé povrchové materiály blízko budov - včetně půdy, betonu a vápence - působí jako účinné jímky pro uvolněnou měď. Interakce s těmito povrchy také výrazně snižuje biologickou dostupnost mědi. Uvolněná měď tak bude zadržena již na povrchu kanalizačního systému: potrubí z betonu a litiny se ukázala být velmi účinná. Ve skutečnosti je více než 98 % z celkového množství uvolněné mědi v odtékající vodě na betonovém povrchu zachyceno interakcí do 20 metrů. 

Některé země již přijaly ekologické odvodňovací techniky, zahrnující propustné dlažební kostky, vádí nebo poldry, inverzní šachty nebo drenáže a mokřady - to vše namísto trubkového odvodnění do potoků a řek. Výzkum u těchto technik prokázal vysoké procento počátečního zachycení mědi. Prostřednictvím přírodních procesů vázání na organické hmoty a přichytávání na částice a srážky přejde měď v odtoku do minerálního stavu, který je jako měděná ruda přirozenou složkou zemin, což umožňuje pokračování přírodního cyklu těžby a mineralizace. 

CH: Existují situace, kdy by architekt měl dávat pozor na odtok z měděné budovy? 

IOW: Pokud jste navrhl velkou měděnou střechu s odtoky přímo do jezera s citlivými vodními organismy, aniž by voda předem přicházela do styku s organickou hmotou nebo jinými povrchy, měl byste požádat o radu. A k dispozici je spousta pomoci a poradenství prostřednictvím Evropského institutu mědi, včetně nástrojů pro posuzování projektu. 

CH: Proč jsou v několika málo zemích stále určité obavy ohledně mědi v odtokových vodách? 

IOW: Většina ekotoxikologických studií se provádí na snadno vodorozpustných solích s cílem hodnotit nepříznivé účinky na vodní organismy, vyvolané kovy v jejich iontové podobě. Neodpovídají skutečné situaci na budově s měděnou krytinou vystavenou počasí, jak jsme se o tom bavili dříve. Skutečné podmínky drenážních systémů, krajiny a okolí budovy jsou také velmi odlišné od umělých ekotoxikologických zkoušek se solí mědi, v níž je všechna měď v biologicky dostupné chemické formě. Proto by nyní měly být chybné předpisy a legislativa upraveny tak, aby odpovídaly skutečné environmentální situaci, zejména pak posouzení chování mědi v životním prostředí. 

Článek byl publikován v Copper Architecture Forum 31/2011