AČSZ – HMOTNOSTNÉ ÚBYTKY ZINKU NA ÚZEMÍ SLOVENSKEJ REPUBLIKY

ZNEČISTENIE OVZDUŠIA NA ÚZEMÍ SLOVENSKEJ REPUBLIKY
Hodnotenie kvality ovzdušia vyplýva zo zákona č. 137/2010 Z. z. o ovzduší. Základným podkladom pre hodnotenie kvality ovzdušia na Slovensku sú výsledky meraní koncentrácií znečisťujúcich látok v ovzduší, ktoré realizuje Slovenský hydrometeorologický ústav na staniciach Národnej monitorovacej siete kvality ovzdušia. SHMÚ monitoruje úroveň znečistenia ovzdušia od roku 1971.

V roku 1979 bol v Ženeve podpísaný Dohovor Európskej hospodárskej komisie Organizácie spojených národov o diaľkovom znečisťovaní ovzdušia, prechádzajúcom hranice štátov, ku ktorému bolo prijatých 8 protokolov. Záväzok z prvého Protokolu o síre predstavoval redukciu európskych emisií SO₂ o 30 % do konca roku 1993 v porovnaní s rokom 1980. Slovenská republika tento záväzok z Protokolu splnila. Redukcia európskych emisií sa už pozitívne prejavila poklesom kyslosti zrážkových vôd na území Slovenska. V súlade s druhým Protokolom o síre sa európske emisie oxidu siričitého mali znížiť do roku 2000 o 60 %, do roku 2005 o 65 % a do roku 2010 o 72 %, v porovnaní s rokom 1980. Posledný protokol o znížení acidifikácie, eutrofizácie a prízemného ozónu zaviazal SR zredukovať emisie oxidu siričitého do roku 2010 o 80 % v porovnaní s rokom 1980, oxidov dusíka o 42 %, amoniaku o 37 % a prchavých organických zlúčenín o 6 % pri porovnaní s rokom 1990. Z dostupných údajov znečistenia možno na obr. 1 vidieť zmeny, ktoré nastali v roku 2014 v porovnaní s rokom 2004.

Mnohé krajiny utrácajú nemalé finančné prostriedky na obnovu medzištátnych rýchlostných komunikácií, najmä mostov a ostatných konštrukčných prvkov, ktoré sú v zimnom období vystavené prudkému vplyvu chloridových iónov. Podobné a ešte väčšie problémy sú v prímorských krajinách. Vzhľadom na to, že korózia spôsobuje nemalé finančné náklady na rekonštrukcie či už v oblasti infraštruktúry, stavebníctva, strojníctva alebo pamiatok, ale spôsobuje aj poruchovosť a zníženie spoľahlivosti konštrukčných komponentov, ktoré môžu viesť k vážnym následkom najrôznejšieho typu od poškodenia majetku až k strate života, je dobré poznať atmosférické prostredie, v ktorom budú použité materiál vystavené, aby bolo možné eliminovať prípadné ekonomické dôsledky.

STANOVENIE ATMOSFÉRICKEJ KORÓZNEJ RÝCHLOSTI ZINKU
Norma STN EN ISO 9223 udáva dva spôsoby klasifikácie koróznej agresivity atmosférického prostredia. Ide o spôsob stanovenia koróznej agresivity založenom na meraní koróznej rýchlosti štandardných vzoriek, alebo spôsob odhadu koróznej agresivity založenom na informáciách o prostredí. Obe metódy sú charakterizované určitými neistotami a obmedzeniami. Stupeň koróznej agresivity stanovený na základe koróznych úbytkov počas prvého roku odráža špecifickú environmentálnu situáciu tohto roku expozície. Stanovenie stupňa koróznej agresivity na základe dose-response funkcie odráža štatistickú neistotu danej funkcie. Avšak stanovenie použitím informatívneho postupu založenom na porovnaní miestnych podmienok prostredia s opisom typických atmosférických prostredí môže viesť k nesprávnej interpretácii.

Koróznu rýchlosť zinku predstavuje ročný úbytok zinkového povlaku vplyvom korózneho prostredia a je vyjadrený úbytkom hrúbky povlaku v μm.rok^–1 alebo v úbytku povrchovej hmotnosti v g.m^–2.rok^–1 (tabuľka 1). Korózna rýchlosť závisí na koróznej agresivite prostredia, teda od znečistenia prostredia a teplotno-vlhkostných podmienkach. Na základe ročných koróznych úbytkov potom možno odvodiť dlhodobé korózne úbytky a tiež životnosť zinkovej vrstvy.

Tab. 1 – Korózna rýchlosť zinku charakterizovaná podľa stupňov koróznej agresivity.

V tabuľke 2 je uvedená dose-response funkcia hmotnostného úbytku pre zinok (1), navrhnutá programom ICP Materials na základe 8-ročného výskumu, ktorý sa uskutočnil v rokoch 1987–1995 vo viacerých krajinách Európy. Počas ďalšieho 4-ročného výskumu MULTI-ASSES bol v rokoch 1997–2001 do funkcie pre hmotnostný úbytok zinku zaradený aj vplyv oxidov dusíka a ozónu (2). V rokoch 2002–2003 sa výskum zameral na výpočet úbytku povrchu počas jedného roka expozície, čomu zodpovedá dose-response funkcia (3). Vzhľadom na tento fakt sa v rovnici (3) neudáva parameter zohľadňujúci čas. Pre porovnanie sa v tabuľke 2 uvádza aj funkcia pre zinok uvedená v najnovšej platnej norme STN EN ISO 9223 (4). Táto funkcia opisuje korózny atak po prvom roku expozície v otvorenom priestore a zahŕňa suchú depozíciu oxidu siričitého, suchú depozíciu chloridov, teplotu a relatívnu vlhkosť.

Tab. 2 – Dose-response funkcie pre zinok. Symboly použité v rovniciach sú uvedené v tabuľke 3.

Tab. 3 – Použité symboly v rovniciach.

VÝSLEDKY A DISKUSIA
Na základe údajov poskytnutých Slovenským hydrometeorologickým ústavom boli lineárne interpolované mapy koróznych úbytkov zinku, definovaných dose-response funkciami. Použité boli mesačné priemerné hodnoty klimatických údajov znečistenia ovzdušia v rokoch 2004–2006 v porovnaní s novšími dátami rokov 2012–2014, z dôvodu neustálych klimatických zmien a globálneho otepľovania. Rozhodujúcim rozdielom medzi jednotlivými funkciami je doba a spôsob expozície. Funkcie (1), (2) ale aj (3) nielenže zohľadňujú degradáciu ako aj pre suchú, tak aj pre vlhkú depozíciu, ale zohľadňujú aj vplyv viaczložkového znečistenia atmosféry. Pre zinok je relevantné znečistenie oxidmi síry, ale aj oxidmi dusíka, čo zohľadňuje najmä funkcia (2) a (3). Normový prístup (4) je definovaný pre korózny úbytok pre prvý rok expozície materiálu a zameriava sa na suchú depozíciu s dominanciou siričitanov a chloridov, špecifické podnebie prímorských krajín a oblasti, kde sa počas zimného obdobia udržiavajú cestné komunikácie formou chemického posypu s obsahom solí.

Napriek zmene klimatických podmienok za posledné desaťročia sú vyobrazenia interpolovaných máp podľa rovnice (1) pre jednotlivé roky zobrazené na obr. 2 pomerovo podobné. Aj zmeny v parametroch hmotnostných úbytkov sú minimálne. Maximálne hodnoty hmotnostných úbytkov interpolovanými s hodnotami od SHMÚ pre roky 2004–2006 dosahujú 9,17 g.m^–2 a maximálne hodnoty hmotnostných úbytkov s použitím údajov od SHMÚ pre roky 2014–2014 dosahujú 8,73 g.m^–2.

Použitím rovnice (2), kde dominantným parametrom sú tak oxidy síry ako aj oxidy dusíka, vidno na mapách zobrazených na obr. 3 rozdiely v jednotlivých pomeroch hodnôt. Vďaka novším údajom od SHMÚ možno pozorovať nižšie hodnoty hmotnostného úbytku vzhľadom na určité zníženie znečisťujúcich látok na území SR za posledné roky.

Pre porovnanie boli interpolované mapy úbytku povrchu R udávané v μm podľa rovnice (3). Na obr. 4 možno pozorovať rozdiely na území SR na mape interpolovanej s priemernými hodnotami klimatických dát a dát znečistenia z rokov 2004–2006 v porovnaní s dátami z rokov 2012–2014. Použitím rovnice (4) sú hodnoty koróznej rýchlosti zinku počas prvého roku vyjadrené ako mikrometre za rok na obr. 5 porovnateľné, avšak pokrytie územia SR je značne odlišné. Po zatriedení podľa stupňa koróznej agresivity atmosfér od C1 až C5, na obr. 6 vidno zrejmé rozdiely orientačných hodnôt.

ZÁVER
Norma STN EN ISO 9223 udáva tzv. úroveň neistoty pre zinok v dvoch rozdielnych triedach hodnotenia. A to úroveň neistoty stanovením založená na meraní koróznej rýchlosti štandardných vzoriek a predstavuje ±5% a odhadom, ktorý je založený na informáciách o prostredí a jeho úroveň neistoty je oveľa vyššia, od –33% do +50%. Tento priepastný rozdiel je zapríčinený mnohými aspektmi a neistotami. Norma popisuje celkovú neistotu, ktorá pozostáva z dvoch častí. Jednou je neistota v dose-response funkciách a druhou neistota meraní parametrov prostredia. Cieľom je zníženie rozdielu medzi triedami úrovne neistoty a budovanie siete koróznych staníc na SR podľa najnovšej platnej normy STN EN ISO 8565. S tým súvisí príprava vzoriek pre merania degradácie povrchov a povrchových vrstiev, vrátane objemov konvenčných a moderných konštrukčných materiálov v reálnych podmienkach ako aj vzoriek kontrolných a referenčných. Na vyhodnotenie výsledkov koróznych skúšok je nutné charakterizovať atmosférické podmienky na skúšobných staniciach. Z tohto dôvodu je dôležitá spolupráca so Slovenským hydrometeorologickým ústavom a umiestnenie koróznych staníc práve v blízkosti ich meteorologických staníc zaznamenávajúcich klimatologické údaje a údaje znečistenia.

Korózna agresivita odvodená na základe získaných environmentálnych údajov sa vzťahuje na oblasť cca 1 x 1 km. Na mapách hmotnostných úbytkov sa prejavuje vplyv pôsobenia vetrov, slnečné žiarenie či množstvo zrážok. Pri určovaní koróznej agresivity lokality stavebnej konštrukcie je nutné detailne posúdiť miestne vplyvy (lokálne zdroje znečistenia ovzdušia) a tiež brať do úvahy rozdielne podmienky pôsobiace na jednotlivé časti konštrukcie.

V zhode s klimatickými podmienkami a znečistením ovzdušia na Slovensku bude dlhodobým cieľom využiť dose-response funkcie pre jednotlivé konštrukčné materiály,
zamerať sa na vplyv nie len oxidov síry, dusíka, uhlíka, PM častíc, ozónu ale aj vplyv UV žiarenia a v neposlednom rade chloridov nielen v ovzduší, ale aj v oblastiach
siete pozemných komunikácií, najmä mostných konštrukcií. 

POĎAKOVANIE
Výskum je podporovaný Európskym fondom regionálneho rozvoja a Štátnym rozpočtom Slovenskej republiky prostredníctvom projektu “Výskumné centrum Žilinskej univerzity”, ITMS 26220220183 a Agentúrou na podporu výskumu a vývoja, APVV-14-0772 a Grantovej agentúry VEGA SR v rámci riešenia úlohy 1/0566/15.

Materiál byl publikován ve Sborníku 21. konference Asociace českých a slovenských zinkoven.

LITERATURA:
[1] Kreislová K. , Knotková D., Skořepová I.: Korozní mapa ČR pro zinek, SVUOM Praha, 2008, Praha. ISBN 978-80-903933-3-2.
[2] Slovenský hydrometeorologický ústav: Hodnotenie kvality ovzdušia v Slovenskej republike 2013, Bratislava 2015. In: http://www.shmu.sk/sk/?page=996 
[3] Tidblad J., Kucera V., Mikhailov A. A., Henriksen J., Kreislova K., Yates T., Stockle B., Schreiner M., 2001. UN/ECE ICP Materials: dose-response functions on dry and wet acid deposition effects after 8 years of exposure. Water Air and Soil Pollution 130, pp. 1457–1462.
[4] Tidblad J., Kucera V., Mikhailov A. A., 1997. Report No 30. Statistical analysis of 8 year materials exposure and acceptable deterioration and pollution levels. Swedish Corrosion Institute, Stockholm, Sweden.
[5] Kucera V., Tidblad J., Kreislova K., Knotkova D., Falles M., Reiss D., Snethlage R., Yates T., Henriksen J., Schreiner M., Melcher M., Ferm M., Lefevre R. A., Kobus J., 2007. UN/ECE ICP Materials dose-response functions for the multi-pollutant situation. Water Air Soil Pollut: Focus 7, pp. 249–258.
[6] Mapping of Effects on Material, chapter 4, 2007. In: http://www.corr-institute.se/ICP-Materials/web/page.aspx?refid=12 
[7] Model for multi-pollutant impact and assessment of threshold levels for cultural heritage, 2005. MULTI-ASSESS Publishable Final Report, Swerea KIMAB AB, Stockholm, Sweden. In: http://www.corr-institute.se/MULTI-ASSESS/web/page.aspx 
[8] STN EN ISO 9223, 2012. Corrosion of metals and alloys – Corrosivity of atmospheres – Classification, determinations and estimation, SUTN.
[9] STN EN ISO 8565, 2011. Metals and alloys – Atmospheric corrosion testing – General requirements, SUTN.

Autoři

• Ivašková Martina
• Koteš Peter
• Hadzima Branislav