Was wissen Architekten über die Bildung von Plaque und Patina auf Kupfer, Gebäuden und deren Auswirkungen auf das Abwasser und die Umwelt des Regenwassers? Der Architekt Chris Hodson, Korrespondent von www.copperconcept.org, bittet einen leitenden Experten um direkte Antworten.
Professor Ingre Odnywall Wallinder (IOW) befasst sich seit 15 Jahren mit groß angelegten interdisziplinären Feld- und Laboruntersuchungen zu Korrosion und Metallauswaschung von Kupferdächern und -fassaden, die von der Fakultät für Oberflächen und Korrosion des Royal Institute of Technology, Stockholm, durchgeführt wurden.
Chris Hodson (CH): Was passiert, wenn Kupfer bei Kontakt mit der Atmosphäre braun und dann grün wird?
Inegra Onewall Wallinder (IOW): Alle außer den Edelmetallen wie Gold und Platin oxidieren und korrodieren im Freien in unterschiedlichem Maße. Wir können dies in Form von Rost auf Stahl und weißen Ablagerungen auf verzinktem Stahl sehen. Die Oxidation von Metallen oder Legierungen wie Titan und Edelstahl ist jedoch mit bloßem Auge nicht sichtbar. Kupfer bildet an der Luft Kupferoxid (Cuprit), das allmählich eine dunklere bräunlich-schwarze Farbe annimmt. Dann streichen verschiedene basische Kupfersulfate und Chloride die Oberfläche grün. Die Patina-Formel hängt von den atmosphärischen Bedingungen ab, insbesondere die Konzentration von Schwefeldioxid und Natriumchlorid ist entscheidend. In der Meeresumwelt färbt sich durch die Bildung basischer Kupferchloride die Oberfläche blauer. Trotz dieser grün / blauen Oberflächen bleibt die innere Schicht überwiegend schwarzbrauner Cuprit. Ohne Verunreinigungen in der Luft und außerhalb der Küste kann Plaque seine braune Farbe behalten.
CH: Wie wirkt sich Plaque auf die Korrosion der Kupferoberfläche aus?
IOW: Die Beschichtung haftet fest an der Oberfläche und wirkt als wirksame Barriere, wodurch die Korrosion der darunter liegenden Kupferschicht erheblich verringert wird. Wenn sich die Plaque über 100 Jahre gebildet hat, oxidiert das darunter liegende Metall immer noch nicht. Diese Regel gilt jedoch nicht für leicht ätzende Produkte wie Kupfersalze, falls vorhanden.
CH: Warum löst sich die Plaque nicht schnell auf und wäscht sich wie wasserlösliche Salze von der Oberfläche ab?
IOW: Erstens haben die in der Kupferlagerstätte gebildeten Kupfergrundverbindungen eine ganz andere chemische Zusammensetzung als die wasserlöslichen Kupfersalze. Zweitens sind die Basisverbindungen Teil der Plaque, die hauptsächlich aus Cuprit besteht. Drittens ermöglicht das Vorhandensein einer Dünnfilmschicht in Kombination mit wiederholten Trocken- und Nassperioden, die die Faktoren der atmosphärischen Bedingungen beeinflussen, dass sich teilweise gelöstes Kupfer, das aus der Zusammensetzung der Plaque freigesetzt wird, während der Trocknungszyklen teilweise absetzt. Diese Bedingungen unterscheiden sich erheblich von den Laborbedingungen für das Eintauchen in loser Schüttung, wenn keine Trocknungsperioden vorliegen und gelöstes Kupfer nur eine begrenzte Rücksetzkapazität aufweist.
CH: Spült das Regenwasser also Material von der Kupferoberfläche?
IOW: Einige der Materialien werden von der Oberfläche aller Metalle abgewaschen. Aber nur durch die Reaktion von Regenwasser mit Oberflächen kann sich eine bestimmte Menge an freigesetztem Kupfer auflösen. Dies hängt im Prinzip von den Eigenschaften des Regens (Intensität, Wassermenge, Dauer, Säuregehalt) und den vorherrschenden Windrichtungen sowie von Faktoren wie der Geometrie des Gebäudes, seiner Ausrichtung, Neigung und Beschattung ab. Somit ist die Menge an Materialien, die in das Wasser freigesetzt werden, ein sehr geringer Anteil an Plaque, und die meisten isolierten Produkte sind in Wasser schwer löslich.
CH: Was passiert mit dem vom Gebäude weggespülten Kupfer?
IOW: Es wurde bestätigt, dass verschiedene Materialien in der Nähe eines Gebäudes - einschließlich Boden, Beton und Kalkstein - das freigesetzte Kupfer effektiv absorbieren. Die Wechselwirkung mit diesen Oberflächen verringert auch die Kupfer-Bioakkumulation erheblich. Somit wird das freigesetzte Kupfer bereits im Entwässerungssystem von der Oberfläche eingeschlossen: Die Wirksamkeit von Beton- und Gusseisenrohren wurde bestätigt. Tatsächlich werden über 98% des gesamten im Abwasser auf Betonoberflächen freigesetzten Kupfers innerhalb von 20 m nach Wechselwirkung gebunden. Einige Länder haben bereits nachhaltige Entwässerungstechnologien eingeführt, darunter saugfähige Straßenkleidung, Abflüsse oder Gräben, umgekehrte Brunnen oder Sedimentationstanks und Entwässerungsgebiete - anstatt Rohrleitungen in Bäche und Flüsse. Hier haben Studien gezeigt, dass bei Verwendung dieser Technologien in den frühen Stadien ein hoher Prozentsatz der Kupferretention vorliegt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das abgetrennte Kupfer beim Binden von organischer Substanz, Absorbieren von Partikeln und Sedimenten als Teil des natürlichen Kupferpools in der Erde im mineralischen Zustand verbleibt und den natürlichen Zyklus der Freisetzung / Mineralisierung fortsetzt.
CH: Gibt es Situationen, in denen Architekten der Entwässerung eines Kupfergebäudes besondere Aufmerksamkeit widmen müssen?
IOW: Nun, wenn Sie ein großes Kupferdach entworfen haben, das ohne vorherige Reaktion mit organischen Stoffen oder verschiedenen Oberflächen direkt in einen See mit empfindlichen Wasserorganismen mündet, sollten Sie sich beraten lassen. Das Europäische Kupferinstitut kann viel Hilfe und Rat einholen, einschließlich Tools zur Projektevaluierung.
CH: Warum haben einige Länder immer noch Bedenken hinsichtlich Kupfer im Abwasser?
IOW: Die meisten ökotoxikologischen Studien werden an leicht wasserlöslichen Salzen durchgeführt, um die nachteiligen Auswirkungen auf Wasserorganismen, einschließlich Metalle in ihrer ionischen Form, zu bewerten. Sie haben wenig mit der tatsächlichen Situation eines kupferverkleideten Gebäudes zu tun, das dem Wetter ausgesetzt ist, wie wir zuvor besprochen haben. Die tatsächlichen Bedingungen des Entwässerungssystems, der rauen Landschaftsarchitektur und der Gebäudeumgebung unterscheiden sich ebenfalls stark von den Bedingungen der ökotoxikologischen Tests mit Kupfersalzen, bei denen alles Kupfer in einer chemischen Form vorliegt, die biologisch assimiliert werden kann. Daher müssen fehlerhafte Normen und Gesetze jetzt unter Berücksichtigung der tatsächlichen Umweltsituation korrigiert werden, insbesondere unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf die Natur von Kupfer.
Veröffentlicht in der Ausgabe 31 des "Copper Architectural Forum" Nr. 31 2011. und unter www.copperconcept.org
Von Chris Hodson
