Cuprul în arhitectură şi mediul

De-a lungul ultimilor 15 ani, profesorul Inger Odnevall Wallinder (IOW) a fost implicat în studii interdisciplinare extensive şi studii de laborator privind coroziunea şi scurgerile de metal de pe acoperişurile şi faţadele de cupru, efectuat la Compartimentul Ştinţific al Suprafaţelor şi Coroziunii, Institutul Regal de Tehnologie KTH, Stockholm.

Chris Hodson (CH): Ce se întâmplă atunci când datorită condiţiilor climatice cuprul îşi schimbă culoarea în maro şi apoi în verde?

IOW: Toate metalele - cu excepţia celor mai "nobile", cum ar fi aurul şi platina - sunt oxidate şi corodate la grade diferite atunci când sunt expuse la condiţiile atmosferice. Putem vedea acest lucru la rugina pe oţel şi petele albe de pe oţelul galvanizat. Cu toate acestea, oxidarea metalelor sau aliajelor ca titaniul şi oţelul inoxidabil în general nu poate fi văzută cu ochiul liber.

Pe cuprul expus condiţiilor climatice din exterior, prima dată se formează oxidul de cupru (cupritul), care are un aspect progresiv de maro închis, spre negru. Apoi, diferiţi sulfaţi de cupru şi cloruri transformă suprafaţa în verde. Formarea patinei depinde de condiţiile climatice, în special concentraţia determinantă a dioxidului de sulf şi a clorurii de sodiu. În mediile marine, formarea clorurilor de cupru transformă suprafaţa de cupru într-o nuanţă albastră. În ciuda acestor suprafeţe verzi/albastre, stratul interior rămâne de cuprit predominant negru-maroniu. În lipsa poluării aerului şi departe de coastă, patina va rămâne maronie la culoare.

CH: Cum afectează patina coroziunea suprafeţei de cupru?

IOW: Patina se lipeşte ferm de suprafaţă şi acţionează ca o barieră eficientă reducând semnificativ rata de corodare al metalului de bază, cuprul. Există suprafeţe de cupru, care se patinează de peste 100 de ani, iar metalul de bază încă nu se oxidează: acest lucru nu ar fi posibil dacă produsele corozive uşor solubile, ca sărurile de cupru ar fi prezenţi.

CH: De ce patina nu se dizolvă rapid şi scurge de pe suprafaţă ca sărurile solubile în apă?

IOW: În primul rând, compuşii de bază ai cuprului dezvoltat în patină sunt foarte diferiţi chimic de sărurile de cupru solubile. În al doilea rând, compuşii de bază ai cuprului sunt integraţi în patină, în principal compusă din cuprit. În al treilea rând, filmul subţire de apă, combinat cu perioade uscate şi umede repetate, care reglementează expunerea la condiţiile atmosferice, permit cuprului parţial dizolvat eliberat din componentele patinei să se re-precipiteze în timpul ciclurilor de uscare. Aceste condiţii sunt foarte diferite de condiţiile de imersiune din laborator în care nu survine nicio perioadă uscată şi cuprul dizolvat are posibilitate limitată de a se re-precipita.

CH: Deci, există vreo substanţă care se scurge de pe suprafaţa cuprului în apa de ploaie?

IOW: Toate metalele permit unor materiale să fie transportate de pe suprafaţa lor. Numai acţiunea apei de ploaie - care spală suprafeţele - poate elibera cupru dizolvat. Aceasta depinde în esenţă de caracteristicile ploii (intensitatea, cantitatea, durata, aciditatea), precum forţa şi direcţia vântului, împreună cu factori cum ar fi geometria clădirii, orientarea, înclinaţia şi acoperirea. Astfel, cantitatea materialului eliberat în apă reprezintă un procentaj foarte mic al patinei şi majoritatea produselor din cupru au solubilitate mică oricum.

CH: Ce se întâmplă cu o suprafaţă din cupru la scurgerea apei de pe o clădire?

IOW: A fost demonstrat că diversele suprafeţe ale materialelor din apropierea clădirilor - inclusiv solul, betonul şi calcarul - acţionează ca eficiente trape de scurgere pentru cuprul eliberat. Interacţiunea cu aceste suprafeţe, reduce  biodisponibilitatea cuprului în mod semnificativ. Deci, cuprul eliberat va fi reţinut de către suprafeţele deja conectate la sistemul de drenaj: ţevile din beton şi fontă s-au dovedit a fi foarte eficiente. De fapt, mai mult de 98% din cantitatea totală de cupru eliberat în apa pluvială care ajunge pe beton este reţinut într-un perimetru de 20 m de interacţiune.

Unele ţări au adoptat deja tehnici sustenabile de drenaj, inclusiv pavaj permeabil, şanţuri, puţuri inversate şi zone umede - mai degrabă decât conducte de scurgere în râuri şi fluvii. Aici cercetările au demonstrat un procent ridicat de retenţie a cuprului încă de la începutul aplicării tehnologiei. Pentru a rezuma, prin procesele naturale de legare la materii organice, adsorbţia particulelor şi precipitaţiilor, cuprul eliberat rămâne în stare minerală, ca parte a fondului natural de cupru al pământului, continuând ciclul de extracţie naturală/de mineralizare.

CH: Există situaţii în care arhitecţii trebuie să fie atenţi la apa pluvială care curge de pe o clădire cu cupru?

IOW: Ei bine, dacă s-a proiectat un acoperiş mare din cupru, drenat direct într-un lac cu organisme sensibile acvatice, fără nicio pre-interacţiune cu materie organică sau diferite suprafeţe, trebuie cerut ajutor sau consultanţă. Există multe posibilităţi de consiliere disponibile prin intermediul Institutului European al Cuprului, inclusiv instrumente de evaluare a proiectului.

CH: De ce există încă îngrijorări în unele ţări cu privire la cuprul prezent în apa pluvială?

IOW: Cele mai multe studii ecotoxicologice sunt efectuate pe săruri hidrosolubile pentru a evalua efectele adverse asupra organismelor acvatice, induse de metale în forma lor ionică. Ei nu poartă nicio asemănare cu situaţia reală a clădirilor acoperite cu cupru expuse la condiţiile climatice, cum am discutat mai înainte. Condiţiile reale ale sistemelor de drenaj, terenul şi împrejurimile clădirii sunt foarte diferite de testarea artificială ecotoxicologică cu săruri de cupru, unde tot ce este cupru se află în forma sa chimică biodisponibilă. Prin urmare, regulile şi legislaţia eronată ar trebui să fie adaptate la situaţii reale de mediu, fiind luată în considerare soarta cuprului în mediul ambiant, ecologic.