Rame: architettura e ambiente

Da oltre 15 anni, la prof.ssa Inger Odnevall Wallinder è stata impegnata in studi approfonditi in campi interdisciplinari e di laboratorio sulla corrosione e il rilascio di metallo da tetti e facciate di rame,  condotti presso il Dipartimento di Scienza delle Corrosioni e delle Superfici presso l’Istituto Reale di Tecnologia KTH di Stoccolma.

Chris Hodson (CH): Cosa succede al rame esposto all’atmosfera quando cambia colore, diventando marrone e poi verde?

Inger Odnevall Wallinder (IOW): Tutti i metalli- eccetto i più “nobili” come l’oro e il platino – vengono ossidati e corrosi in diversa misura quando vengono esposti agli agenti esterni. Lo possiamo vedere con la ruggine sull’acciaio e le macchie bianche sull’acciaio zincato. Tuttavia, l’ossidazione di metalli o leghe come il titanio e l’acciaio inox non può essere vista generalmente a occhio nudo. Sul rame posto all’esterno, si forma inizialmente l’ossido di rame (cuprite), che è quello che dà un progressivo aspetto marrone scuro-nero.  Poi, diversi solfati e cloruri basici di rame rendono la superficie verde.  La formazione della patina dipende prevalentemente da condizioni ambientali, determinate in particolare dalle concentrazioni  di biossido di zolfo e  di  cloruro di sodio. In ambiente marino, la formazione di cloruri di rame fa diventare la superficie di rame più blu. Nonostante queste superfici verdi/blu, lo strato interno rimane essenzialmente la cuprite nero-marrone. In assenza di inquinamento atmosferico e lontano dalla costa, la patina resterà di colore marrone.

CH: Come influisce la patina sulla corrosione delle superfici in rame?

IOW: La patina aderisce fortemente alla superficie e agisce come una barriera efficace riducendo in maniera significativa il tasso di corrosione del metallo rame sottostante. Con superfici in rame patinato che hanno più di 100 anni, il metallo sottostante non si è ancora ossidato: questo non sarebbe potuto accadere se vi fossero stati sali di rame facilmente solubili.

CH: Perché la patina non si dissolve rapidamente e non va via dalla superficie?

IOW: Prima di tutto, i composti basici di rame sviluppati nelle patine di rame sono chimicamente molto differenti dai sali solubili di rame.  Secondariamente, i composti basici di rame sono integrati dentro la patina, composta  in modo predominante da cuprite.  In terzo luogo, le condizioni del sottile velo di acqua, combinato ai periodi ripetuti di secco ed umido che caratterizzano l’esposizione all’atmosfera, consentono al rame parzialmente disciolto di ri-precipitare durante i cicli secchi. Queste condizioni sono molto differenti da quelle di laboratorio dove invece i provini vengono immersi e non ci sono i periodi secchi, senza i quali il rame disciolto ha limitate possibilità di ri-precipitare.

CH: Cosi, c’è del materiale che l’acqua piovana porta via dalla superficie di rame?

IOW:  Tutti i metalli permettono che un po’ di materiale venga portato via dalla loro superficie. E’ solo per mezzo dell’azione del flusso di acqua piovana sulla superficie che il rame disciolto può essere rilasciato. Questo, essenzialmente, dipende dalle caratteristiche della pioggia (intensità, quantità, durata, acidità) e dalla direzione del vento dominante, insieme a fattori come la geometria dell’edificio, orientamento, l’inclinazione e il riparo. Così la quantità del materiale rilasciato nell’acqua è una parte molto piccola della patina e molti prodotti di rame rilasciati hanno comunque poca solubilità.

CH:  Cosa succede al rame nell’acqua che defluisce via dall’edificio?

IOW:  E’ stato dimostrato che le superfici di vari materiali vicini ad un edificio- includiamo suolo, calcestruzzo e pietra calcarea- agiscono come “pozzi” per il rame rilasciato. Interazioni con queste superfici riducono in modo significativo anche la biodisponibilità del rame. Così, il rame rilasciato verrà trattenuto dalle superfici già nel sistema di scarico:  tubi di calcestruzzo e di ghisa hanno dimostrato di essere molto efficaci. Di fatto, su superfici di calcestruzzo più del 98% della quantità totale del rame rilasciato nelle acque piovane viene trattenuto già nei primi 20 m di interazione. Alcuni Paesi hanno già adottato tecniche di drenaggio sostenibile, includendo pavimentazioni permeabili, canali di drenaggio (wadis) o depressioni, pozzi o filtraggi e paludi- piuttosto che tubi che convogliano nelle fognature e nei fiumi. Qui, le ricerche hanno dimostrato che queste tecniche permettono di ottenere alte percentuali di ritenzione di rame nella fase iniziale.  Per riassumere, attraverso  processi naturali in cui c’è legame con materia organica, assorbimento di particelle e precipitazione, il rame rilasciato viene immobilizzato allo stato minerale come parte del fondo naturale del suolo, continuando il ciclo naturale di  estrazione/mineralizzazione.

CH: Ci sono situazioni in cui gli architetti devono badare al rilascio del rame da un edificio?

IOW:  Beh, se tu hai progettato un grande tetto di rame che scarica direttamente in un lago con organismi acquatici sensibili, senza alcuna pre-interazione con materiali organici o differenti superfici, dovresti chiedere un parere. E c’è una quantità di strumenti e consigli disponibili attraverso il European Copper Institute, compresi gli strumenti per valutazione del progetto.

CH: Perché ci sono ancora preoccupazioni in qualche Paese riguardo il rilascio del rame nell’acqua?

IOW: La maggior parte degli studi eco-tossicologici sono condotti su sali altamente solubili in acqua per valutare gli effetti negativi su organismi acquatici, indotti dai metalli nella loro forma ionica. Essi però non rappresentano la reale situazione di un edificio con una copertura in rame esposta agli agenti atmosferici, come discusso prima.  L’effettiva condizione dei sistemi di drenaggio, la complessità del paesaggio e dell’intorno degli edifici sono molto differenti dai test eco-tossicologici artificiali con i sali di rame, dove tutto il rame è in una forma chimica bio-disponibile. Pertanto, regolamenti e legislazioni sbagliate dovrebbero ora essere corrette tenendo conto delle vere situazioni ambientali, in  particolare considerando il “percorso” ambientale del rame.

L'articolo è stato pubblicato sul n.31 di Copper Architecture Forum.