Betydning av klima og klimaendring for korrosjon av materialer og konstruksjoner

Mer regn og høyere temperatur vil gi økende korrosjon. Materialer i infrastruktur, bygninger, transportmidler og annet, vil korrodere rasker utover i dette århundret p.g.a. klimaendringer som vil gi mer regn i kombinasjon med høyere temperatur høst, vinter og vår. Mulig reduksjon av luftforurensninger kan potensielt kompensere for noe av dette. 

Atmosfærisk korrosjon

Den gradvise nedbrytningen av materialer og bygningsoverflater i kontakt med atmosfæren kalles gjerne ”atmosfærisk korrosjon”. ”Korrosjon” betegner strengt tatt bare elektrokjemiske reaksjoner som for eksempel rusting av jern og stål, irring av kobber eller oppløsning av sink. Ofte inkluderes imidlertid også oppløsning av steinoverflater i dette begrepet. I dette faktaarket vil ”korrosjon” betegne kjemisk nedbrytning av materialoverflater uansett hvordan den foregår. Den kjemiske nedbrytningen skjer ofte sammen med og initieres eller akselereres av fysiske faktorer slik som eksponering for UV lys eller fysiske skader i overflater. UV lys er for eksempel en viktig faktor særlig i startfasen av nedbrytning av malingsfilmer.

Miljøets betydning for atmosfærisk korrosjon

Forskningen har, særlig i løpet av de siste 25 årene, funnet frem til de miljøfaktorene som bestemmer korrosjonshastigheten for en del materialer. Detaljerte korrosjonsfunksjoner, såkalte dose-respons funksjoner, finnes særlig for metaller og kalkholdige steinmaterialer, men også for noen organiske polymerer. Disse funksjonene beskriver hvor fort man har målt at korrosjonene skjer avhenging av miljøet, spesielt hvor mye det regner og hvor mye luftforurensninger det er på stedet. Effekten av regn avhenger som regel også av surheten (pH) til regnet mens effekten av luftforurensinger oftest også avhenger av fuktighet og temperatur. Nedbrytningen av organiske polymerer, som for eksempel maling, vil også avhenge av mengden sollyslys og da særlig UV (ultrafiolett) lys. Mengden korrosjon vil så til slutt avhenge av eksponeringstiden. Jo mer aggressivt (dårligere) miljø jo verre vil korrosjonen være etter en viss tid. Slike ”dose-respons” funksjoner vil være forskjellige fra materiale til materiale og den detaljerte beskrivelsen av miljøpåvirkningen må finnes for hvert enkelt materiale, som regel ved felteksponeringer og miljømålinger.

Historiske miljø og korrosjon

Den viktigste historiske miljøfaktoren som ga høye korrosjonshastigheter frem til ca 1970 var høye konsentrasjoner i uteluften av gassen svoveldioksid, SO₂. SO₂ virker korroderende på både metaller og steinmaterialer når den avsettes og løser seg i vann på overflater og gir forsuring (lavere pH) og reaktivt sulfitt og sulfat. Slik det sees i figur 1 sank konsentrasjonene av SO₂ i lufta i de store byene, her med Oslo som eksempel, fra slutten av 1960 tallet til de svært lave konsentrasjonene som også i dag blir observert.

Hovedårsaken til dette var reduksjon i svovelinnhold i fyringsoljer og drivstoff for biler, redusert forbrenning av fyringsoljer og rensing av svovel i avgasser. Med den sterke reduksjonen i SO₂ sank også korrosjonen mye. I dag betyr luftforurensninger mindre, og andre forurensninger enn SO₂, særlig NO₂ og partikler, og også klimafaktor som regn (og pH i regn) har tilnærmet like stor betydning som SO₂.

Klimaendring og fremtidig korrosjon

Klimamodellering viser en forventet økning av gjennomsnittlig årlig totalnedbør for Norge fra periode 1961-1990 til 2071-2100 på fra 5 % til ca 30 % avhengig av lokalitet. Grovt sett kan man si at forventet økning på Østlandet, Sør-Østlandet og langs grensen er på ca 10 %, mens den forventede økningen på Vestlandet og i Nord Norge er på 20 %. De største økningene er forventet langs kysten i Møre og Romsdal og i Finnmark. (Se Norge) Det finnes også data som viser at ekstreme nedbørs perioder vil bli vanligere særlig på Vestlandet, i Trøndelag og i Nordland. Svingninger i klimaet slik som mellom frost og tining og mellom tørke og regn øker erosjonen av bygningsstein og ofte også hastigheten til de kjemiske prosessene som gradvis ”sliter” på overflater. De kjente og tallfestede sammenhengene er imidlertid mellom årlige gjennomsnittsverdier for miljøet og mengden korrosjon. I figur 2 er effekten på korrosjon av reduksjon i luftforurensninger sammenlignet med effekten av øket mengde regn.

Vedlikeholdskostnadene for de 10 første årene fra materialet var nytt er beregnet, basert på gjennomsnittspriser for utskifting (maling av pussede fasader) av materialer (Snitt for Norge, Storbritannia og Tsjekkia i 2006 slik dette ble beregnet i et EU finansiert prosjekt CULT-STRAT). Andre klima og forurensningsparametere er holdt konstant (O₃ = 50 µg m^-3, SO₂ = 0,25 µg m^-3, PM10 (partikler mindre enn 10 µm in diameter) = 20 µg m^-3, Rh = 80 %, T = 7 ^oC). For en lengre tidsperiode ville kostnadene pr år være noe lavere da korrosjonshastigheten synker noe med tiden, og forholdet mellom materialene ville være litt annerledes da denne effekten er noe forskjellig for materialene. Års-korrosjonen reduseres mest med tiden for karbonstål som for en lengre tidsperiode (enn 10 år) derfor ville være mer lik de andre materialene. Figur 3 viser på samme måte den beregnede økningen i årlige gjennomsnittelige vedlikeholdskostnader for en 10 års periode fra materialet var nytt for forskjellige økninger i årlig gjennomsnittlig regnmengde.

Mer regn gir mer korrosjon

Klimaendringene vil føre til mer regn i Norge og mer nedbrytningen av materialer og høyere vedlikeholdskostnader p.g.a. korrosjon i dette århundret. Forventet økning i vedlikeholdskostnader for noen materialer p.g.a. økt korrosjon, gitt foreliggende klimascenarier (20 % økning i gjennomsnittlig årlig nedbør) og pH i regn = 5 er i samme størrelsesorden som innsparingen ved en 20 % reduksjonen i forurensningsnivåer fra en midlere konsentrasjonsverdi. For effekter av SO₂ er dette ikke praktisk gjennomførbart da konsentrasjonene i Norge allerede er svært lave, noen få µg m^-3. Det er noe mer realistisk for O₃, NO₂ og PM som har konsentrasjonsverdier i norske byer på rundt 30 µg m^-3 eller høyere. Ved lavere pH, som måles i mange europeiske byer, vil klimaeffekten være betydelig større.

SAGENE FOLKEBAD. Atmosfærisk korrosjon på Sagene Folkebad, Oslo, mai 2007 (over) og tilstanden etter vedlikehold, september 2008 (under).

Figur 1: Svoveldioksid (SO2) konsentrasjoner rapportert av Norsk Institutt for Luftforskning (NILU) for Oslo sentrum fra 1956 – 1994.

Figur 2: Sammenligning av forventede endringer av vedlikeholdskostnader for bygningsmaterialer.

Figur 3: Beregnet økning i årlig gjennomsnittelige vedlikeholdskostnader for en 10 års periode fra materialet var nytt for forskjellige materialer og økninger i årlig gjennomsnittlig regnmengde. (pH = 5)