FAKULTET KEMIJSKOG INŽENJERSTVA I TEHNOLOGIJE SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

Transcription

1 FAKULTET KEMIJSKOG INŽENJERSTVA I TEHNOLOGIJE SVEUČILIŠTE U ZAGREBU EMA STUPNIŠEK-LISAC i HELENA OTMAČIĆ ĆURKOVIĆ KOROZIJA I OKOLIŠ Zagreb,

2 KOROZIJA I OKOLIŠ OKOLIŠ Okoliš je sve što je izvan nekog organizma. Okoliš ljudskog bića uključuje i takve parametre kao što su temperatura, izvori hrane i drugi ljudi. Okoliš biljke može sačinjavati tlo, sunčeva svjetlost i životinje koje će pojesti biljku. Neživi parametri okoliša, kao temperatura i sunčeva svjetlost čine abiotički okoliš. Žive ili nedavno žive tvari kao što su morska trava ili hrana čine biotički okoliš. Obadva, abiotički i biotički okoliš sudjeluju u stvaranju ukupnog okoliša živih i neživih bića i tvari. Abiotički okoliš uključuje čimbenike kao što su tlo, voda, atmosfera i radijacija. Abiotički okoliš je sačinjen od mnogih tvari i sila koje utječu jedna na drugu i utječu na zajednicu živih bića u okruženju. Na primjer, tok rijeke, temperatura, bistrina i kemijski sastav utječu na to koja vrsta bilja i životinja tu živi i kako živi. Važnu grupu abiotičkih čimbenika čini ono što zovemo vrijeme. Na žive i nežive tvari utječe kiša, snijeg, visoka ili niska temperatura, isparavanje vode, vlažnost, vjetar i mnogi drugi vremenski uvjeti. Mnoge biljke i životinje umiru svake godine zbog vremenskih uvjeta. Ljudska bića grade kuće i oblače odjeću da bi se zaštitili od oštre klime. Oni proučavaju vrijeme u cilju saznanja kako ga kontrolirati. Drugi abiotički faktori uključuju količinu životnog prostora i neke hranjive tvari dostupne organizmu. Svi organizmi trebaju određenu količinu prostora za život i komunikaciju sa zajednicom. Oni također trebaju nežive hranjive supstance (kao na primjer fosfor za održanje tjelesne aktivnosti kao što su cirkulacija i probava). Biotički okoliš uključuje hranu, biljke i životinje i njihove međusobne interakcije s abiotičkim okolišem. Održanje i blagostanje ljudskih bića ovisi o hrani, kao što je voće, povrće i meso. Ono također ovisi o vezama s drugim živim bićima. Na primjer, u probavnom traktu postoje neke bakterije koje pomažu ljudima da provare određenu hranu. 2

3 Društvena i kulturološka okolina su važan dio ljudskog biotičkog okoliša. Visoko razvijeni nervni sustav omogućio je pamćenje, razum i komunikaciju. Ljudska bića uče jedni druge što su naučila. Prelaskom na spoznaju ljudi su razvili religiju, umjetnost, glazbu, literaturu, tehnologiju i znanost. Kulturna baština i biološko nasljeđe ljudskih bića omogućili su im napredovanje ispred bilo koje životinje u kontroli njihovog okoliša. Ekologija je znanost o odnosima između organizama i njihovog okoliša. Inženjerstvo okoliša se bavi nastojanjem da zaštiti i kontrolira zagađenje zraka, vode, tla i buke. Inženjeri okoliša su razvili uređaje za mjerenje nivoa zagađenja i provođenje eksperimenata za određivanje djelovanja raznih vrsta zagađenja. Oni projektiraju uređaje za kontrolu zagađenja zraka i sisteme za pročišćavanje voda. Oni također razvijaju tehnike za zaštitu zemlje od zagađenja. Inženjeri okoliša su specijalisti za uklanjanje opasnog otpada iz tvornica, rudnika, nuklearnih elektrana i drugih izvora. Oni rade na uklanjanju nesigurnih odlagališta otpada stvorenih u prošlosti i ispituju nova odlagališta i tehnike recikliranja. Inženjeri okoliša su također uključeni u razvoj čistijih i pouzdanijih oblika energije i u traženje putova za bolje korištenje sadašnjih i budućih prirodnih bogatstava. Inženjeri okoliša surađuju s inženjerima agronomije i rudarstva u razvoju tehnika proizvodnje koje čine najmanje štete zemlji. Oni pomažu građevinarima u projektiranju vodovoda, odlagališta otpada i sistemima provjetravanja i sa inženjerima kemije u otklanjanju otpada. ZAGAĐENJE OKOLIŠA Zagađenje okoliša je naziv koji se odnosi na sve načine kojima ljudi zagađuju svoju okolinu. Ljudi onečišćuju zrak plinovima i dimom, truju rijeke kemikalijama i drugim tvarima, oštećuju tlo sa prevelikim količinama gnojiva i pesticida. Ljudi, također zagađuju svoju okolinu na razne druge načine. Na primjer, oni uništavaju prirodnu ljepotu bacajući otpatke i smeće na zemlju i u vodu. Oni rukuju strojevima i motorima koji ispunjavaju zrak uznemirujućom bukom. Gotovo svatko uzrokuje zagađenje okoline na neki način. 3

4 Zagađivanje okoliša je jedan od najozbiljnijih problema čovječanstva danas. Ono uzrokuje globalno zatopljenje, razaranje ozonskog sloja i druge potencijalno katastrofalne procese. Zrak, voda i tlo svi oštećeni zagađenjem su neophodni za preživljavanje svih živih bića. Jako zagađen zrak mora prouzrokovati bolesti pa čak i smrt. Zagađene vode ubijaju ribe i drugi život u moru. Zagađenost tla smanjuje količinu zemlje korisne za uzgoj hrane. Zagađenost okoliša također donosi ružnoću našem prirodno lijepom svijetu. Svatko želi smanjiti zagađenost. Ali problem zagađenja je to kompliciraniji što je ozbiljniji. Ono je komplicirano jer je većina zagađenja uzrokovano stvarima koje koriste ljudima. Na primjer, ispušni plinovi iz auta uzrokuju visok postotak od svih zagađenja zraka. Ali auti omogućuju transport milijuna ljudi. Tvornice ispuštaju mnogo materijala koji zagađuju zrak i vodu ali tvornice osiguravaju zaposlenje ljudima i proizvode dobra koja ljudi žele. Previše gnojiva i pesticida može oštetiti tlo, ali gnojivo i pesticidi su važna pomoć u povećanju prinosa. Prema tome, kraj ili veliko smanjenje zagađenja, ljudi će imati odmah kada prestanu upotrebljavati mnoge stvari koje im koriste. Naravno, većina ljudi to ne želi učiniti. Ali zagađenje može biti postupno smanjeno na više načina. Znanstvenici i inženjeri mogu raditi na tome da nađu putove smanjenja zagađenja koje uzrokuju, na primjer, automobili i tvornice. Vlada može predložiti i nametnuti zakone koji zahtijevaju od firmi i pojedinaca da zaustave ili smanje neke zagađivačke aktivnosti. I, možda najvažnije, pojedinci ili grupe ljudi mogu raditi na tome da uvjere svoje predstavnike u vladi i također da uvjere poslovne ljude da pokrenu akciju za smanjenje zagađenja. Ljudi su oduvijek zagađivali svoju okolinu. Ali tijekom velikog dijela povijesti, zagađenje nije bilo glavni problem. Većina ljudi je živjela u nenapućenim ruralnim predjelima, i otpadne tvari koje su proizvodili bile su široko raspršene. Ljudi nisu imali strojeve i motorne vozila koji uzrokuju zagađenje. 4

5 Razvoj gusto naseljenih industrijskih gradova u 1700-tim i 1800-tim učinio je zagađenost glavnim problemom. Ljudi i tvornice u tim gradovima bacali su ogromne količine otpada na malu površinu okoliša. Za vrijeme 1900-tih urbana područja nastavljaju rasti i automobili i drugi novi izumi čine zagađenje nepokolebljivo sve gorim. Sredinom 1900-tih zagađenje je zahvatilo vode svih glavnih jezera i rijeka u SAD i u drugim industrijskim zemljama. Gusta magla s vidljivosti ispod nekoliko metara postala je uobičajena. Od kasnih 1960-tih, milijuni ljudi su alarmirani od opasnosti od zagađenja. Veliki broj ljudi sada radi na smanjenju zagađenja i čišćenju okoliša. Postoji nekoliko vrsta zagađenja okoliša. One uključuju zagađenje zraka, zagađenje voda, zagađenje tla, i zagađenje uzrokovano krutim otpadom, bukom i radijacijom. Svaki dio okoliša je usko povezan s drugim. Zbog uske povezanosti, vrsta zagađenja koja uglavnom šteti jednom dijelu okoliša može također djelovati i na druge. Na primjer, zagađenje zraka onečišćuje zrak. Ali kiša ispire zagađivala iz zraka i taloži ih na zemlji ili u vodama. Vjetar, s druge strane, raspršuje zagađivala sa zemlje u zrak. Zagađenje zraka mijenja čisti zrak bez mirisa u magličast i smrdljiv zrak koji šteti zdravlju, ubija bilje i oštećuje imovinu. Ljudi mogu uzrokovati zagađenje zraka i izvana i iznutra. Vanjsko zagađenje je rezultat puštanja stotinu milijuna tona plinova i čestica u atmosferu svake godine. Jedan od najopćenitijih oblika vanjskog zagađenja zraka je smog. Unutrašnje zagađenje zraka je rezultat većine istih supstanci koje se nalaze vani. Ali unutrašnji zagađivači mogu predstavljati ozbiljan problem jer su skloni razviti se u malom prostoru iz kojeg ne mogu izaći. Dim cigarete je uobičajeni unutrašnji zagađivač zraka. Većina zagađenja zraka je posljedica procesa izgaranja. Izgaranje benzina za pogon motornih vozila i izgaranje ugljena za grijanje zgrada su primjeri takovih procesa. Svaki put kada je gorivo zapaljeno, u procesu izgaranja, neka vrsta zagađivača se oslobađa u zrak. Zagađivači se kreću od male količine bezbojnog otrovnog plina do debelog oblaka crnog dima. 5

6 Vremenski uvjeti mogu pomoći smanjenju količine zagađivača u vanjskom zraku. Vjetar raspršuje zagađivače, a kiša i snijeg ispiru ih u tlo. Ali u većini područja zagađivači se puštaju u zrak brže nego što ih vremenski uvjeti mogu ukloniti. U gusto naseljenim gradovima, na primjer, tisuće motornih vozila, tvornica i dimnjaka mogu svaki dan dodati tone zagađivača u mali ograničen prostor atmosfere. Katkad vremenski uvjeti uzrokuju pojačanje zagađenja iznad nekog područja umjesto da ga uklone. Jedan od takvih uvjeta nazvan temperaturna inverzija nastaje kada se sloj toplog zraka smjesti iznad sloja hladnog zraka koji se nalazi blizu zemlje. Topli zrak pritišće hladni zrak i sprječava zagađivače da se uzdižu i rasprše. Ozbiljan problem zagađivanja nastaje kad se temperaturna inverzija javlja iznad grada koji pušta tone zagađivača u zrak. Ozbiljna posljedica zagađenja zraka je njegov štetan utjecaj na ljudsko zdravlje. Plinovi i čestice iritiraju ljudske oči i pluća. Čestice se mogu smjestiti u pluća i pogoršati respiratorne bolesti kao što su bronhitis i emfizem pluća. Ispitivanja su pokazala da čestice mogu uzrokovati i takve bolesti kao što je rak i emfizem pluća. U gradovima diljem svijeta, dugi periodi teškog zagađenja zraka uzrokovali su bolesti i dramatično povećali smrtnost. Zagađivači zraka mogu također oštetiti zemljinu gornju atmosferu. Na visini od oko km iznad zemlje nalazi se sloj ozona pomiješan s drugim plinovima iz atmosfere. Taj ozonski sloj pomaže zaštiti životinja i bilja od štetnih sunčevih ultraljubičastih zraka, specijalno -UV zraka. Ispitivanja su pokazala da su kemijski zagađivači, poznati kao klorofluorougljikovodici oštetili taj sloj. Klorofluorougljikovodici (freoni) su nađeni u rashladnim tekućinama i široko se upotrebljavaju u industrijskim procesima i u nekim sprejevima. Smanjenje ozonskog sloja je već nastupilo iznad Antarktika. Ukoliko ne prestane ova vrsta zagađenja, znanstvenici pretkazuju daljnje oštećenje ozonskog sloja koje će omogućiti veće količine štetnog sunčevog zračenja na zemljinoj površini. Visoka razina takve radijacije povezana je s pojavom raka kože i drugih zdravstvenih problema ljudi, s rakom i genetskom mutacijom kod životinja i biljaka. 6

7 Zagađenje zraka također škodi biljkama. Otrovni plinovi u zraku mogu smanjiti rast i eventualno ubiti, gotovo sve vrste bilja. Šume i voćnjaci u Sjevernoj Americi, Europi i dijelu Azije oštećeni su kiselim kišama. Većina materijala puno brže propada u zagađenom zraku nego na čistom zraku. Zagađeni zrak šteti čak i tako čvrstim i jakim materijalima kao što je beton i čelik. Zagađenje zraka može također djelovati na klimu. Plinovi i čestice mogu uzrokovati promjene prosječnoj temperaturi nekog područja. Čestice raspršuju sunčeve zrake i smanjuju količinu sunčeve svjetlosti na zemlji. Takva interferencija sa sunčevom svjetlosti može izazvati pad prosječne temperature nekog područja. Neki plinovi, uključujući ugljični dioksid, dopuštaju sunčevoj svjetlosti da dođe do zemlje ali sprječavaju sunčevu toplinu da se izdigne izvan atmosfere i struji natrag u svemir. Posljedica toga je zagrijavanje zemljine površine koje se naziva efekt staklenika. Izgaranje goriva i drugih zagađivača povećava količinu plinova koji stvaraju toplinski pokrov u atmosferi. Dalji ovakav razvoj može intenzivirati efekt staklenika, uzrokujući porast prosječne temperature. Većina plinova i čestica koje ljudi ispuštaju u zrak dolaze od procesa izgaranja. Dimnjaci u tvornicama, kućama i poslovnim zgradama; motori u autima, avionima, i drugim motornim vozilima; i spaljivanje otpada glavni su izvori zagađenja izgaranjem. Zagađivači iz tih izvora imaju široku raznolikost efekata, kao što je to prikazano na slici. 7

8 Sumporov dioksid i dušikovi oksidi zajedno s vodenom parom stvaraju sulfatnu i nitratnu kiselinu. Ove kiseline padaj s kišom ili snijegom, ubijajući ribe, nanoseći štetu biljkama i imovini. Dušikovi oksidi u zajednici s ugljikovodicima i sunčevom svjetlosti stvaraju smog. Smog iritira ljudske oči, oštećuje njihova pluća i uzrokuje glavobolje. On također šteti biljkama. Sumporov dioksid škodi respiratornom sustavu ljudi i životinja Dušikovi oksidi škode respiratornom sistemu ljudi i oštećuju biljke Ugljikovodici štete biljkama Ugljikov monoksid uzrokuju glavobolje i vrtoglavice kod ljudi Čestice štete respiratornom sustavu ljudi, smanjuju vidljivost i djeluju na klimu * Sumporni dioksid * Dušikovi oksidi * Ugljikovodici * Dušikovi oksidi * Ugljikov monoksid * Čestice Tvornice kuće i poslovne zgrade Motorna vozila Spaljivanje otpada Zagađenje vode smanjuje količinu čiste, svježe vode raspoložive za takve potrebe kao što su piće i pranje, i za aktivnosti kao što su plivanje i ribolov. Zagađivači koji štetno djeluju na vodu dolaze uglavnom iz industrije, poljoprivrednih dobara i iz sustava kanalizacije. Industrije bacaju u vode ogromne količine otpada svake godine. Taj otpad uključuje kemikalije, otpad biljnog i životinjskog porijekla i stotine drugih tvari. Neki od tih otpada mogu biti opasni ( štetni za ljudsko zdravlje). Industrija raspolaže s mnogo opasnog otpada na mnogim mjestima na zemlji. Ali, neispravno upravljana takva mjesta mogu propuštati otpad u podzemne zalihe vode koju ljudi koriste. Otpad sa poljoprivrednih dobara sadrži životinjski otpad, gnojivo i pesticide. Većina od tih tvari otječu na poljoprivredna polja i u obližnje vode. Kanalizacijski sustav odvodi otpad iz kuća, ureda i industrije u vodu. Gotovo svi gradovi imaju uređaje za obradu 8

9 otpada iz kanalizacije. Ali usprkos tome, većina obrađene kanalizacije sadrži tvari koje onečišćuju vodu. Prirodnim ciklusom se apsorbiraju male količine prirodnog otpada u vodi. Za vrijeme tog ciklusa, otpad se pretvara u korisne ili barem neškodljive tvari. Aerobne bakterije koriste kisik za smanjenje prirodnog otpada kao što je uginula riba ili biljka i raščlanjuje ih u spojeve kao što su nitrati, fosfati i ugljični dioksid. Ovi spojevi, zvani nutrienti (hranjive tvari) koriste kao hrana algama i zelenom bilju u vodi. Alge služe kao hrana mikroskopskim organizmima zvanim zooplanktoni. Male ribe, kao klen, jedu zooplanktone. Male ribe će biti pojedene od većih riba koje će eventualno uginuti i koje će bakterije razgraditi. Ciklus tada ponovno počinje. Isti prirodni ciklus djeluje u otpadnoj vodi koju ljudi pročišćavaju. Bakterije razgrađuju kemikalije i druge otpade i pretvaraju ih u hranjive tvari, ili još u supstance koje ne štete ni ribama ni morskom bilju. Ali ako je previše otpadnih tvari iscurilo u vodu, cijeli ciklus sa razgradnjom će početi, a voda postaje sve prljavija i prljavija. Bakterija koja radi na razgradnji otpada troši previše kisika u procesu razgradnje. I kao rezultat, sve je manje kisika na raspolaganju životinjama i bilju u vodi. Životinje i biljke tada ugibaju dodajući time još više otpada u vodi. Na kraju, ukupni sadržaj kisika u vodi je potrošen. 9

10 Neobrađeno gnojivo sadrži velike količine otpada biljnog i životinjskog porijekla. Otpad troši dio kisika iz vode. Ukoliko se potroši previše kisika organizmi u vodi ne mogu preživjeti. Obrađeno gnojivo sadrži nitrate i fosfate. Ove tvari uzrokuju brzi rast algi. Alge se razmnožavaju brzo ali također i umiru brzo. Nakon što uginu one se raspadaju i pri tom troše kisik. Neobrađeno gnijivo Obrađeno gnojivo Istjecanje s poljoprivrednog zemljišta Zagrijana voda Industrijski otpad Istjecanje s poljoprivrednog Zagrijana voda ubija Industrijski otpadi uključuju zemljišta uključuje životinjski životinje i bilje koje su kemikalije, otpad biljnog i otpad koji povećava rast algi; naučene živjeti u hladnijoj životinjskog porijekla, i stotine i pesticide, koji ubijaju vodi. Većina zagrijane drugih tvari. Oni uništavaju životinje i biljke vode dolazi iz industrije koja vodu poremećujući prirodni koristi vodu za hlađenje ciklus 10

11 Hranjive tvari u vodi uzrokuju sličan proces nazvan obogaćenje hranjivim tvarima ili eutrofikacija. Hranjive tvari koje ljudi dodaju u vodu, kao što su nitrati iz poljoprivrednih gnojiva i fosfati iz deterdženata u otpadnim vodama, u velikoj mjeri povećavaju rast algi u vodi. Što više alge rastu time i veća količina također i ugiba. Mrtve alge postaju otpad i kako se razgrađuju one troše kisik iz vode. Dodatak zagrijane vode u vodotoke također šteti prirodnom ciklusu. Zagrijana voda može ubiti životinje i biljke koje su naučene živjeti pri nižim temperaturama. To također smanjuje količinu kisika koju voda može sadržavati. Dodatak zagrijane vode naziva se termalno zagađenje. Većina zagrijanih voda dolazi iz industrije i iz termoenergetskih postrojenja koji koriste vodu za hlađenje. Drugi važan zagađivač vode je nafta, koja ulazi u oceane prvenstveno iz tankera koji prevoze naftu i iz kopnenih naftnih bušotina. Takva izlijevanja uništavaju plaže i ubijaju ptice i život u moru. Zagađenje tla oštećuje tanki sloj plodnog tla koji prekriva većinu zemljine površine i bitan je za uzgoj hrane. Prirodni procesi su trebali tisuće godina da stvore tlo koje će održavati ljetinu. Ali, nepažljivim postupanjem, ljudi mogu razoriti tlo u nekoliko godina. U prirodi, ciklusi slični onima koji održavaju vodu čistom, djeluju tako da drže tlo plodnim. Biljni i životinjski otpad, uključujući mrtve organizme, nakupljaju se u tlu. Bakterije i gljivice razgrađuju te otpade, prevodeći ih u nitrate, fosfate i druge hranjive tvari. Hranjive tvari pomažu rast biljkama i kada biljka ugine tada ciklus počinje ispočetka. Ljudi koriste gnojiva i pesticide da bi dobili veći i bolji urod. Gnojivom se dodaju tlu posebne hranjive tvari koje povećavaju količinu uroda koji se može dobiti na nekoj površini zemlje. Ali korištenje velikih količina gnojiva može smanjiti sposobnost bakterija da razgrađuju otpad i proizvode hranjive tvari prirodnim putem. Pesticidi uništavaju korov i insekte koji oštećuju ljetinu. Ali pesticidi mogu isto tako uništiti i korisne insekte, gliste i bakterije, i druge korisne organizme u tlu. 11

12 Kruti otpad je vjerojatno najvidljiviji oblik zagađenja. Ljudi bacaju bilijune tona krutog materijala svake godine. Većina tog otpada završava razbacan uz ceste ili pliva po jezerima i rijekama ili je sakupljen na ružnim smetlištima. Primjeri krutog otpada uključuju odbačene automobile, gume, frižidere i štednjake; konzerve i drugu ambalažu; metalni otpad, papir i plastiku. Ovi kruti zagađivači su uobičajeni u gusto naseljenim predjelima i u blizini gradova. Troska (šljaka) i drugi otpad od procesa u rudnicima zagađuju mnogo zemlje izvan gradova. Kruti otpad predstavlja ozbiljan problem jer većina metoda koje se koriste da ga se ukloni ima za posljedicu neku vrstu štete za okoliš. Kada se otpad stavi na otvorena smetlišta, ona narušavaju atraktivnost okolnog prostora. Smetlišta isto tako omogućuju smještaj životinjama prenosnicima raznih bolesti, kao što su žohari i štakori. Neki kruti otpad se može uništiti spaljivanjem. Ali spaljivanje proizvodi dim koji uzrokuje zagađenje zraka. Kada se otpad baca u vodu, on doprinosi raznim vrstama zagađenja voda. 12

13 Kruti otpad uključuje rudarski, industrijski i poljoprivredni otpad uz dodatak otpada od kućanstva. Većina krutog otpada se spaljuje na velikim, otvorenim prostorima. Ali u mnogim slučajevima, posebno blizu velikih gradova, zemlja prikladna za deponije smeća je već potrošena. U međuvremenu, proizvodnja krutog otpada se ubrzano povećava. I još k tomu, sve se više i više proizvodi otpad koji se teško uklanja. Konzerve od željeza i kositra koje korodiraju i mogu se apsorbirati u tlu zamijenjene su aluminijskim konzervama koje mogu u originalnom obliku trajati godinama. Papirna i kartonska ambalaža koja se raspada i koja se može lako spaliti zamjenjuje se plastikom koja se ne raspada i koja pri spaljivanju oslobađa štetne plinove. Druge vrste zagađenja. Neke tvari koje zagađuju okoliš ne mogu biti klasificirane kao zagađivači zraka, vode ili tla, ili kao kruti otpad. One prolaze i djeluju na razne dijelove okoliša. To zagađenje uključuje buku, radijaciju, kisele kiše, pesticide i metale kao što su živa i olovo. Buka je neugodan zagađivač u urbanim sredinama. Ljudi u i oko gradova su izloženi većinu vremena teškoj buci. Buka dolazi iz aviona, autobusa, automobila, motocikla, vlakova, traktora, građevinskih radova i industrije. Buka uzrokuje tjeskobu u ljudskim bićima. U ekstremnim slučajevima, jaka buka može oštetiti sluh pa čak i uzrokovati gluhoću. Osim toga, neke studije su povezale dugu izloženost teškoj buci sa razvojem visokog krvnog pritiska i čira na želucu. Radijacija je nevidljivi zagađivač koji može biti visoko opasan. Nuklearna radijacija dolazi od radioaktivnih tvari, uključujući otpad od testiranja nuklearnog oružja i od nuklearnih centrala. Male količine elektromagnetskog zračenja proizvode se u različitim elektronskim uređajima, uključujući računala, lasere mikrovalne pećnice, televizore i uređaje s X-zrakama. Znanstvenici nisu točno odredili kakvo djelovanje imaju male količine zračenja na ljude. Ali izlaganje velikim količinama zračenja može izazvati rak i štetne promjene na reproduktivnim stanicama. Međunarodnim sporazumom zabranjena je većina ispitivanja nuklearnog oružja u atmosferi. Ovakva odredba je pomogla da se eliminiraju glavni izvori zračenja. Ipak, 13

14 količina radioaktivnog otpada je u stalnom porastu. Znanstvenici istražuju načine sigurnog i stalnog skladištenja ovog otpada. Kisele kiše su postale sve veći ozbiljan problem. Ovaj zagađivač nastaje spajanjem vlage u zraku s dušikovim oksidima i sumpornim dioksidom koji dolaze iz motornih vozila, tvornica i toplana koje spaljuju ugljen ili naftu. Reakcija između vlage i ovih kemijskih spojeva daje nitratnu i sulfatnu kiselinu koja pada na zemlju sa kišom ili snijegom. Kiseline zagađuju jezera i rijeke što ima za posljedicu ugibanje riba i zagađenje pitke vode. One također mogu štetiti ljetini i smanjiti plodnost tla. Ovaj oblik zagađenja može također oštetiti i zgrade i skulpture. Osim toga, kisele kiše mogu putovati na velike udaljenosti. Pesticidi više škode nego prirodni ciklusi u vodi i tlu. Većina pesticida nikad ne dođe do insekata ili drugih štetočina koje bi trebalo ubiti. Umjesto toga, fine čestice pesticida putuju kroz zrak i vodu, koji put na velikim udaljenostima. Ljudi i životinje koji dođu u direktan kontakt s pesticidom unose ga u svoja tijela, i tvar se sakuplja u tkivima i organima. Ljudi i životinje također unose pesticide indirektno kada jedu organizme koji sadrže te tvari. Na primjer, velika riba može uzeti velike količine pesticida jedući manje ribe koje imaju te tvari u svom tijelu. Ljudsko biće može tada jedući veliku ribu steći visoku koncentraciju pesticida u organizmu. Kada tvari putuju od jednog organizma u drugi na ovaj način, tvari putuju kroz ekološki sustav koji se naziva prehrambeni lanac. Kao i sa zračenjem, znanstvenici još ne znaju stvarno djelovanje malih količina pesticida. Ipak, oni znaju da neki pesticidi, uključujući DDT, su bili odgovorni za smrt mnogih ptica, riba i drugih životinja. Tisuće tona žive, olova i drugih teških metala bacaju se svake godine u vodu i zrak u obliku tekućina i plinova. Većina od ovih materijala dolaze iz procesa sagorijevanja u industrijama i iz motornih vozila. Teški metali, kao i pesticidi, su postojani i mogu se proširiti na velike udaljenosti. Oni se također sakupljaju u tkivima i organima i mogu prolaziti kroz prehrambeni lanac. Mnogi teški metali su vrlo otrovni. U velikim količinama oni štete ljudskom nervnom sustavu. 14

15 Kako živa dolazi do ljudi? Živa dolazi iz mnogih izvora i stiže do ljudi različitim putovima. Ona putuje direktno kroz zrak i vodu i sakuplja se u tkivima i organima životinja i biljaka koje ljudi jedu. Živa je opasan zagađivač jer, u velikim dozama, ona može oštetiti ljudski nervni sustav. Sagorijevanje otpada zrak Industrijsko sagorijevanje ugljena. Rudnici i talionice voda Lovne ptice i divljač Komercijalna i lovna riba Ljudi Prirodno trošenje tla i stijena Tretirano sjeme biljaka Poljoprivredno prskanje Tlo UZROCI ZAGAĐENJA Stoka Novi pronalasci i procesi su kontinuirano razvijali unapređenje našeg načina života. Ovi razvoji su nazvani tehnološka unapređenja. Tehnološka unapređenja nam pomažu, ali mnoga od njih donose također štetu okolišu. Osim toga, tu su i ekonomski i društveni uzroci zagađenja. Tehnološki uzroci. Mnogi problemi zagađenja okoliša su rezultat brzog napredovanja u tehnologiji koje se desilo od kraja II svjetskog rata (1945). Tehnološka unapređenja u poljoprivredi, industriji i prometu su uvelike unaprijedili način našeg života. Ali većina unapređenja je učinjena bez uzimanja u obzir na djelovanje koje će ona imati na okoliš. Motorna vozila su primjer vrlo korisnog tehnološkog razvoja koji šteti okolišu. Godinama, automobili su postajali sve snažniji i snažniji. Mnogi automobili 15

16 koji se danas izrađuju su 2-3 puta snažniji od većine automobila sagrađenih 1940-tih godina. Zbog toga, novi automobili proizvode mnogo više zagađujućih ispušnih plinova od onih starijih. S ciljem da učine motore što snažnijim, proizvođači automobila povećavaju omjere kompresije. A to znači, oni povećavaju tlak i kao rezultat raste i temperatura kod koje se u cilindru motora odvija izgaranje. Viša temperatura kod izgaranja uzrokuje kemijske reakcije koje daju velike količine dušikovih oksida u ispušnim plinovima. Osim toga visoko tlačni motori zahtijevaju posebne vrste benzina koje izgaraju ujednačeno i time sprječavaju lupajuću buku. Mehanizam nazvan katalitički pretvornici sada uklanjaju dio zagađujučih tvari koje proizvode motori automobila. Dakle, postepeno eliminiranje tetraetil olova iz benzina pomoglo je u stvaranju automobila koji manje zagađuju. Ipak, još uvijek ima puno zagađenja iz automobila koje treba eliminirati. Gnojenje biljaka je primjer tehnološkog razvoja koji je namijenjen zaštiti okoliša, ali koji ipak mogu uzrokovati zagađenje. Većina tretiranih biljaka sprečava opasni organski otpad (otpad životinjskog i biljnog porijekla) da poremeti prirodni ciklus u vodi. Obrada biljaka upotrebljava bakterije i kisik za raspad organskog otpada i prevođenje u anorganske hranjive tvari. Ali kada hranjive tvari uđu u vodu, oni poremete prirodan ciklus povećanim rastom algi. Neki produkti napredne tehnologije doprinose zagađenju na više načina. Na primjer, plastične mase su neugodan kruti otpad jer se ne raspadaju i ne mogu se apsorbirati u tlu. Plastika isto tako indirektno uzrokuje zagađenje kad se proizvodi. Velike količine električne energije treba uložiti da bi se proizvela plastika. Kao rezultat te potrebe za električnom energijom, proizvodnja plastičnih masa pokreće zahtjeve za gradnju novih električnih centrala. Električne centrale na ugljen su glavni izvori zagađenja zraka. Ekonomski uzroci. Mnogi problemi zagađivanja su nastali jer su metode sprječavanja zagađenja skupe. Mnoge otpadne tvari se mogu ponovno upotrijebiti na neki način. Međutim, takove prakse su rijetko bile provođene djelomično i zbog visokih troškova uključenih u ponovnu obradu otpadnih produkata. 16

17 Upotreba intenzivnog uzgoja stoke je primjer kako ekonomične poljoprivredne metode mogu izazvati zagađenje. Kada stoka pase na velikim površinama zemlje, njihovi otpadni produkti postaju dio prirodnog ciklusa koji gnoji tlo. Ali većina poljoprivrednog zemljišta je postala predragocjena da bi bila korištena za pašu stoke. Poljoprivrednici mogu zaraditi više novaca korištenjem zemljišta za uzgoj žitarica i držanjem stoke u štalama. Zagađenje dolazi od tih metoda jer životinje u štalama odlažu velike količine otpada na malim područjima. Tlo u štalama ne može apsorbirati sav otpad, i tekućina koju tlo ne može upiti otječe i zagađuje okolne vode. Poljoprivrednici dakle moraju koristiti kemijska gnojiva na poljoprivrednim zemljištima da bi nadomjestili prirodno gnojivo koje stoka proizvodi. Većina od tih gnojiva otječe sa zemljišta i zagađuje vodu. U industriji, sumpor je primjer zagađivača koji je dozvoljen iz ekonomskih razloga. Sumpor izlazi u obliku sumpornog dioksida pri izgaranju ugljena. Širom svijeta, u g. oslobođeno je na taj način dovoljno sumpornog dioksida da se proizvede 100 milijuna tona sulfatne kiseline. Danas se u industriji drugim metodama proizvodi gotovo 70 milijuna tona sulfatne kiseline jedne od najšire upotrebljavanih industrijskih kemikalija. Većina sumpora u industrijskom dimu mogla bi se hvatati i upotrijebiti za proizvodnju sulfatne kiseline. Ali praktična i jeftina metoda hvatanja sumpora nije još poznata. Dok se ta metoda ne razvije, kopanje novih nalazišta sumpora za industriju dobivanja sulfatne kiseline biti će lakše i jeftinije. Društveni uzroci. Naša želja za udobnošću je drugi izvor zagađenja. Mnogi sintetički materijali koji zagađuju okoliš razvijeni su da ljudima uštede vrijeme, rad, ili novac. Uz napor, neka od zagađenja od tih materijala bi mogla biti eliminirana. Ali, upravo kako je sprečavanje zagađenja često smatrano preskupim ono je često smatrano i neprikladnim. Upotreba materijala za jednokratno pakiranje je primjer kako zahtjevi za udobnošću uzrokuju zagađenje okoliša. Oblici ambalaže kao što su konzerve od aluminija i čelika kao i staklene boce mogu biti sačuvane i ponovno upotrijebljene. Konzerve se mogu rastaliti i ponovno upotrijebiti. Boce se mogu ponovno puniti ili se mogu upotrijebiti ponovno kao sirovina. Ali većina ljudi radije ih baca u kontejnere 17

18 nego da ih spremi i vrati za ponovnu upotrebu. Na taj način, metal i staklo, koji se teško uništavaju, nagomilavaju se na smetlištima i porazbacani uz ceste i u prirodi. KONTROLA ZAGAĐENJA Neka jezera i rijeke mogu biti već tako jako zagađeni da nisu u stanju ponovo steći svoje zdravlje iako se zagađenje zaustavi. Neka tla su tako jako erodirana da više ne daju ljetinu. Ali u većini područja, djelotvorni programi za sprječavanje zagađenja mogu u velikoj mjeri poboljšati stanje okoliša. Nekoliko različitih pristupa može biti upotrijebljeno u kontroli zagađenja. Otpadni produkti mogu biti sačuvani i ponovno upotrijebljeni. Novi tehnološki razvoji mogu pomoći u zaštiti od zagađenja od onih starijih tehnologija. Mogu se uvesti ograničenja upotrebe materijala koji zagađuju. Međutim, ovi pristupi mogu dovesti do manje udobnosti i viših troškova. Recikliranje. Prerada otpadnih produkata za ponovnu upotrebu naziva se recikliranje. Mnoge vrste otpada mogu biti reciklirane. Neke, uključujući konzerve i novinski papir, mogu se koristiti ponovno i opet ponovno za istu svrhu. Konzerve se mogu rastaliti i upotrijebiti za pravljenje novih konzervi. Stare novine se mogu pretvoriti u kašastu masu i načiniti novi papir. Drugi materijali, kao staklene boce i automobilske gume mogu biti ponovno upotrijebljene u druge svrhe. Smrvljeno staklo može poslužiti kao sastavni dio materijala za gradnju cesta. Stare gume mogu biti rastaljene u posebnim procesima u kojima one daju vrijedne kemikalije kao što su ulje i plin. Razvoj novih tehnologija čini puno za kontrolu zagađenja uzrokovanih starim tehnologijama. Na primjer, neki tipovi uređaja su razvijeni da bi spriječili izlazak čestica sa industrijskim dimnim plinovima. Ovi uređaju uključuju filtre koji zadržavaju čestice koje bi inače bile puštene u zrak sa otpadnim plinovima. Drugi uređaji koriste procese kojima statički elektricitet zadržava čestice i ne dozvoljava im odlazak u zrak. Neki drugi uređaji ispiru čestice raspršivanjem kemikalija. 18

19 Različite su metode razrađene za smanjenje zagađenja koja dolaze iz motornih vozila. U tu svrhu dodaju se novi aditivi koji zamjenjuju tetraetilolovo u benzinu, i filtri ili katalitički konverteri za uklanjanje zagađivača iz ispušnih plinova i za postizanje kompletnijeg procesa izgaranja. Vrlo važan razvoj u poljoprivredi predstavlja korištenje biološke kontrole umjesto pesticida. Biološka kontrola uključuje upotrebu različitih vrsta insekata i bakterija u kontroli štetočina. Drugi novi razvoji su unaprijedili djelotvornost obrada voda i pronašli nove putove za razlaganje krutog otpada. Ograničenja u upotrebi materijala koji zagađuju mogu biti vrlo djelotvorna u kontroli zagađenja. Ali ograničenja mogu također prouzrokovati teškoće i zahtijevati promjene u načinu života. Upotreba nekih štetnih materijala je bila zaustavljena ili smanjena bez nastajanja većih problema. Na primjer, neke vlade su zabranile upotrebu opasnog pesticida DDT za sve osim bitnih svrha. Poljoprivrednici su pronašli druge manje štetne pesticide za zamjenu za DDT. Naftne kompanije sada proizvode benzin koji nema dodanog olova, jer je olovo glavni zagađivač u ispušnim plinovima automobila. I proizvođači automobila su projektirali nove motore i modificirali postojeće motore tako da olovni benzin nije bitan za dobar rad motora. Druga ograničenja mogu izazvati više problema. Na primjer, neki gradovi su zabranili vožnju privatnih automobila u prometnim gradskim centrima. To bi značilo da se moraju više razviti gradska prometna sredstva i da ljudi moraju odustati od upotrebe privatnih automobila u gradskim centrima. Neslužbene organizacije. Grupe građana širom svijeta stvaraju organizacije za borbu protiv zagađenja. Većina takvih organizacija je zainteresirana za lokalne probleme. Ali mnoge od njih također rade na regionalnim, nacionalnim i internacionalnim problemima. 19

20 Neslužbene grupe su zaslužne za mnoge akcije koje su poduzele vlade i industrije za kontrolu zagađenja. Oni ukazuju javnosti na probleme zagađenja i čine pritisak na vladu i vodstvo u industriji da riješe problem. Internacionalne grupe kao što je Greenpeace i Friends of Earth, su nosioci takvih kampanja. POVIJEST Ljudi su oduvijek uzrokovali zagađenje okoliša. Od prahistorijskih vremena oni su bacali otpad u vodu i uzrokovali dim spaljivanjem goriva. Ali rani narodi nisu živjeli nagomilani zajedno i nisu imali strojeve koji zagađuju. Prema tome, zagađenje je bilo lagano i rašireno po širokom području. Problemi zagađenja su nastali kada je veliki broj ljudi počeo živjeti zajedno u gradovima. Kako su gradovi rasli, zagađenost je rasla s njima. Ali problemi okoliša su rijetko postajali ekstremno veliki i rašireni sve do 1700-te i ranih 1800-tih, za vrijeme Industrijske revolucije. Industrijska revolucija je počela u Engleskoj i proširila se na druge zemlje Europe i u sjevernu Ameriku. Karakterizirana je razvojem tvornica i gradova koji su bili prenapučeni tvorničkim radnicima. Ugljen je korišten kao gorivo u većini tvornica i za grijanje domova u gradovima. Kao rezultat, zrak iznad takvih industrijskih gradova kao London, bio je pun dima i čađe. Osim toga slabe sanitetske mogućnosti dopuštale su da neprerađeno blato iz kanalizacije uđe u vodovod u nekim gradovima. Zagađena voda izazivala je bolesti. U Sjedinjenim američkim državama, problemi zagađenja zraka u industrijskim gradovima postali su posebno ozbiljni u 1900-tim. Do dim i čađa iz čeličana, energetskih postrojenja, željeznica i toplana punili su zrak iznad mnogih gradova. Od 1950-te zagađenje zraka od sagorijevanja ugljena bilo je znatno smanjeno u mnogim dijelovima svijeta. Gotovo sve željeznice i mnoge industrije i toplane sada koriste čistija goriva kao što su ulje i prirodni plin. Osim toga, mnoge industrije koje 20

21 još koriste ugljen poduzele su korake u kontroli zagađenja iz njihovih dimnjaka ugrađivanjem filtra. Epidemije bolesti kliconoša u gradskom vodovodu nisu također više glavni problem u većini dijelova svijeta. Gradovi danas obrađuju svoju vodu i održavaju je slobodnom od klica što je više moguće. Unatoč ovim poboljšanjima, zagađenje okoliša je postalo sve više ozbiljno i rašireno. Tehnološki napredak je pomogao uzrocima ovog rasta. Uz to, stanovništvo u gradovima je poraslo. Više ljudi znači i više otpada svake vrste. Zanimanje javnosti za zagađenje okoliša je poraslo. Dramatične tragedije okoliša ukazale su na ozbiljnost problema. To uključuje izlijevanje ulja koje je uništilo plaže, ubilo divljač i vodeni tokovi koji su gotovo mrtvi zbog zagađenja krutim otpadom. U kasnim 1970-tim stotine stanovnika Seversa u Italiji je bilo ugroženo ispuštanjem otrovnog plina dioksina nakon eksplozije u lokalnoj kemijskoj tvornici. Kemijski otpad koji je iscurio iz nekadašnjeg mjesta odlaganja u Niagara Falls, New York, ugrozio je živote mnogih obitelji. Ribe i druge životinje u raznim dijelovima SAD bile su otrovane polikloriranim bifenolom (PCB), kemikalijom koju su neki industrijski pogoni ispustili u otpadne vode. U g. istjecanje otrovnog plina iz američke tvornice pesticida u Bhopalu u Indiji ubijeno je preko 2000 ljudi. Plin je također ugrozio oko ljudi. U g. pojavila se eksplozija i vatra u nuklearnoj centrali Černobilu kod Kijeva u Ukrajini. Nesreća je oslobodila velike količine radioaktivnog zračenja u atmosferu. Preko trideset ljudi je umrlo kao posljedica nesreće a 200 ljudi je ozbiljno ozlijeđeno. Također g. tisuće riba i jegulja u rijeci Rajni je ubijeno otrovnim kemikalijama. Izlijevanja kemikalija u rijeku je posljedica požara u skladištu kemikalija blizu Bazela u Švicarskoj g. epidemija virusa opustošila je populaciju tuljana u sjevernom Atlantiku, naročito oko obala Britanije i sjeverne Europe. Neke populacije tuljana su smanjene na desetinu od svog prijašnjeg broja. Mnogi znanstvenici su vjerovali da je epidemija povezana s povišenim nivoom zagađenja u Sjevernom moru, jednom od najzagađenijih mora na svijetu. Pregled riba Sjevernog mora pokazao je da trećina riba boluje od erozije kože, rana, raka i drugih bolesti. 21

22 U ožujku g. tanker Exxon Valdez je izlio oko 42 milijuna litara sirove nafte u vode blizu Aljaske. To je bio najgori izljev nafte u američkoj povijesti i ekološka katastrofa koja je prekrila km 2 voda nekad najčišćih na svijetu. Šest mjeseci kasnije, znanstvenici su zabilježili smrt oko morskih vidri i preko morskih ptica. Najveće izlijevanje nafte u svijetu desilo se za vrijeme Zaljevskog rata g. kada je Irak izlio u Perzijski zaljev oko 950 milijuna litara nafte i zapalio tisuće naftnih bušotina ozbiljno zagadivši zrak iznad Kuvajta. ZAŠTITA OKOLIŠA U HRVATSKOJ Zaštita okoliša kao dio upravne nadležnosti tijela državne uprave u Hrvatskoj provodi se u pojedinim ministarstvima, državnim upravnim organizacijama te u županijama. Na temelju Zakona o zaštiti okoliša Vlada Republike Hrvatske donijela je Plan intervencija u zaštiti okoliša ( ). Tim planom pravne i fizičke osobe koje proizvode, skladište, prerađuju ili prevoze opasne tvari bile su dužne izraditi operativne planove intervencija u zaštiti okoliša. Osnovni cilj i zadatak Plana intervencija je sprječavanje gubitaka života ili oštećenja zdravlja ili imovine kao i očuvanje okoliša na cijelom području Republike Hrvatske. Planom se određuju vrste rizika i opasnosti, postupak i mjere za ublažavanje i uklanjanje neposrednih posljedica štetnih za okoliš. Potrebno je provesti monitoring opasnih djelatnosti koji proizlaze iz opasnih tvari za okoliš. Cilj studije utjecaja na okoliš je najveće moguće smanjenje rizika kao i kvalitetna sanacija iznenadnog i nekontroliranog istjecanja opasnih tvari u okoliš. U slučaju nemogućnosti sprječavanja oslobađanja opasnih plinova ili para, treba ih se odvesti iz radnog okoliša, na neki način da ne onečišćuju životni okoliš. Zakonom o zaštiti zraka kao dijela zaštite okoliša, određeno je evidentiranje i 22

23 praćenje emisije i izvora emisije i određene su mjere za sprječavanje i smanjivanje onečišćenja zraka. Ministarstvo zaštite okoliša i prostornog uređenja uveo je katastar emisija u okoliš čija je svrha dobivanje informacija o onečišćivačima, veličini i stanju emisija na određenom području i kontrole uspješnosti poduzetih mjera zaštite okoliša. Isto tako provodi se i monitoring kvalitete voda: rijeka i priobalnog područja mora u okviru Hrvatskih voda. Glavni cilj monitoringa je prikupljanje podataka o kvaliteti voda na brojnim lokacijama. Ti podaci su korisni za donošenje odluka i postupaka u zaštiti voda. Zaštita okoliša zahtijeva multidisciplinaran pristup. U djelokrugu svoga rada dobro obrazovan kemičar, biolog, liječnik, sociolog, kao i svaka druga struka, može dati svoj doprinos unapređenju zaštite okoliša. Uz stručnost bitna je i razina svijesti te je odgoj za okoliš također značajan koliko i obrazovanje. 23

24 KOROZIJA I OKOLIŠ Okoliš je, dakle, sve što nas okružuje uključujući i žive i nežive čimbenike. Osjetljiv je na sve promjene. Svako narušavanje prirodne ravnoteže ima štetne posljedice. Ljudi zagađuju svoju okolinu i ljudi snose posljedice tog zagađenja, bilo direktno udisnjem zagađenog zraka i konzumiranjem nekvalitetne vode ili indirektno preko hranidbenog lanca kada zagađenja u zraku, vodi i tlu prelaze u biljke, zatim u životinje i konačno do čovjeka koji to konzumira. Postoje razni izvori štetnog utjecaja na okoliš. Cilj ovog kolegija je analiza utjecaja korozije i zaštite na okoliš. Korozija je nenamjerno razaranje materijala uzrokovano fizikalnim, fizikalnokemijskim, kemijskim i biološkim agensima. To je spontan proces koji se ne može spriječiti, može se jedino samo uporiti. Korozija je proces koji ima značajan utjecaj na čovjeka, privredu i okoliš. U studiji koja je u vremenu od do provedena u SAD-u utvrđeno je da godišnji troškovi zbog korozije iznose oko 275 milijarde dolara što je oko 3.1% njihovog brutto nacionalnog dohotka [1]. Ovi troškovi uključuju procjenjenu štetu zbog korozije kao i troškove zaštite konstrukcijskih materijala. Na slici 1. prikazani su troškovi korozije u pojedinom industrijskom sektoru. Kao što se vidi korozija u manjoj ili većoj mjeri utječe na gotovo sve grane privrede. 24

25 Izgradnja i održavanje mostova Plinovodi i naftovodi Luke Zbrinjavanje opasnog otpada Aerodromi* Željeznica* Gradski plinovodi Vodovod i kanalizacija Proizvodnja el. energije Telekomunikacije* Motorna vozila Brodovi Zrakoplovi Vlakovi Transport opasnih tvari Pridobivanje nafte i z. plina Rudarstvo Prerada nafte Kemijska i petrokem. industrija Proizvodna celuloze i papira Poljoprivreda Prehrambena industrija Elektronička industrija* Kućanstva Obrana Skladištenje nuklearnog *Nije odredeno Slika 1. Direktni troškovi korozije za pojedine privredne sektore u SAD-u [1] Proces korozije čini skup kemijskih i elektrokemijskih promjena tijekom kojih metal prelazi iz elementarnog stanja u spojeve u kojima se najčešće nalazi u prirodi. Prema tome to je ireverzibilan proces, suprotan proizvodnji metala iz ruda. Metali egzotermno reagiraju s okolinom i prelaze u stabilnije spojeve (okside i dr.) iz kojih su dobiveni. Prirodna težnja metala je da reagiraju s drugim tvarima i odgovarajućim oslobađanjem energije prelaze u stanja niže energije. Smanjivanje slobodne energije je pokretačka sila procesa korozije (Slika2). 25

26 Slika 2. Prikaz energetskih promjena pri koroziji i dobivanju metala Korozijski procesi reakcije metala s okolišem mogu se odvijati na dva osnovna načina: mehanizmom kemijske odnosno elektrokemijske korozije. Kemijska korozija metala je posljedica kemijske reakcije metala i okoliša, a odvija se u mediju u kojem nije prisutan elektrolit. Primjeri takve korozije su korozija u neelektrolitima i korozija u suhim plinovima. Ovaj tip korozije može se primjerice sresti kod metala koji su izloženi djelovanju vrućih plinova. Znatno češće se korozija odvija prema elektrokemijskom mehanizmu. Osnovni uvjet za odvijanje procesa elektrokemijske korozije je prisutnost elektrolita. U večini slučajeva elektrolit je voda koja sadrži otopljeni kisik, soli, kiseline ili baze. U elektrokemijskim korozijskim reakcijama sudjeluju najmanje dvije elektrokemijske parcijalne reakcije. Anodna reakcija oksidacije ima za posljedicu otapanje metala, dok katodna reakcija ovisi o mediju i najčešće redukcija otopljenog kisika ili vodika. anodni proces: z M M ze katodni proces: u kiselom mediju a) bez kisika: 2H 2e H2 b) s kisikom: 4H O2 4e 2H2O u neutralnom mediju: 26

27 katodna reakcija se odvija uz redukciju kisika: O H O e OH druge moguće katodne reakcije: Me z+ + ze - M (Depozicija metala) 2 SO 4 + 8H + + 8e - S 2 + 4H 2 O (Bakterijska redukcija sulfata) Korozija i okoliš u kojem do nje dolazi su međusobno povezani i mijenjaju jedno drugo. Mehanizam procesa korozije ovisi o mnogim parametrima okoliša pa tako i o njegovom zagađenju. S druge strane produkti korozije utječu na okoliš kao i svi naši postupci u sprečavanju korozije. Zagađenje prirode koje karakterizira našu civilizaciju i kojeg smo sve više svjesni reflektira se i na području korozije. S jedne strane događa se da objekti koji su godinama odoljevali koroziji ubrzano propadaju zbog onečišćenosti atmosfere i voda, a s druge strane jača svijest da mnogi postupci u zaštiti metala od korozije imaju negativan učinak na okoliš. U ovome priručniku obrađen je odnos korozije i okoliša sa tri aspekta: prikazan je mogući štetan utjecaj različitih postupaka u zaštiti materijala od korozije na okoliš kao i dio napora da se ta štetnost smanji dani su primjeri kako nedostatak odgovarajuće zaštite od korozije može ugroziti čovjeka i okoliš pokazano je kako zagađenje zraka povećava brzinu korozije različitih materijala, posebice kako korozija ubrzano uništava povijesne građevine. Kako je primjena metala vrlo raširena i posljedice korozije metala su raširene i vrlo raznolike. Posebno je ozbiljan problem transporta i skladištenja opasnih tvari čije istjecanje iz korozijom oštećenih spremnika može imati dalekosežne posljedice na ljude i okoliš. Kao primjer mogu poslužiti najnoviji događaji vezani uz koroziju metala: 1. Podzemna eksplozija plina u Puli. Uslijed korozije došlo do oštećenja na plinskom cjevovodu i kroz taj otvor plin je istjecao u kanal u kojem se osim plinovoda nalaze i druge instalacije i popunjavao slobodne prostore u kanalima i sve zračne pore ispod zemlje dokle je mogao dospjeti s obzirom na otežanu difuziju. 27

28 U Puli se ne koristi uobičajeni plin metan, koji je dvaput lakši od zraka nego se koristi smjesa propana i butana koja je 1,7 puta teža od zraka pa je korišteni plin opasniji od metana jer mnogo duže zadržava u podzemnim prostorima nego što bi se zadržavao metan. Isto tako i granica eksplozivnosti ove smjese je mnogo niža pa je lakše postizanje eksplozivne koncentracije sa zrakom. Budući da plin ima minimalnu energiju paljenja bila je dovoljna bilo kakva intervencija na instalacijama (brušenje, rezanje, lotanje ili zavarivanje) da izazove eksploziju. Sreća je da nije eksplodirao veći volumen plina jer bi posljedice mogle biti višestruko veće. 2. Cijevi u naftnim postrojenjima i naftovodima često pucaju uslijed korozije. Posljedice su izlijevanje nafte u tlo i obližnje rijeke kao što je to nedavno bio slučaj kod Popovače gdje se izlilo oko 600 litara nafte. Mjesec dana prije, kod Ivanić Grada izlilo se preko 500 litara sirove nafte. Najteži slučaj desio se u isto vrijeme kod Šumečana gdje je utvrđeno istjecanje 7000 litara nafte. Pored velike materijalne štete, još su teže ekološke posljedice na tlu i zagađenim rijekama. Budući da se radi o sirovoj nafti u kojoj ima vode procesi korozije su vrlo intenzivni. 3. Treći slučaj ugrožavanja života ljudi i nanošenja materijalne štete desio se nadavno u Splitu gdje su uslijed korozije armaturnog željeza pala sa zgrade dva balkona. Radi se o intezivnoj atmosferskoj koroziji u predjelu uz more gdje zrak sadrži kloride koji difundiraju kroz beton i izazivaju ubrzanu koroziju armature koja nosi konstrukciju. Ovo su samo neki najnoviji primjeri posljedica korozije metala koji se svakodnevno dešavaju u svijetu i ugrožavaju ljude i okoliš. I sam metal koji korodira zagađuje tlo i vode produktima korozije. Zbog toga kao i zbog materijalnih šteta potrebno je zaštititi metal od korozije i produljiti vijek njegovog trajanja. 28

29 ZAGAĐENJA OKOLIŠA I UGROŽAVANJE LJUDSKIH ŽIVOTA UZROKOVANO KOROZIJOM Naftovodi Puknuća cjevovoda za naftu i zemni plin predstavljaju veliku opasnost za okoliš. Istjecanja iz njih mogu zagaditi izvore pitke vode, nasade, izazvati pomore riba, eksplozije i požare. Prema podacima američkog Environment Defense Fund-a u godini je iz cjevovoda na području SAD-a iscurilo oko 28 milijuna litara nafte i raznih drugih po okoliš opasnih tvari, a godišnji troškovi za sanaciju takvih istjecanja iznose oko 39 milijuna dolara [14]. Jedan od čestih uzroka ovih istjecanja je korozija (prema američkoj Environmental Protection Agency u oko 20% slučajeva [15]). Do vanjske korozije cjevovoda dolazi zbog korozivnosti okolnog tla dok do unutarnje korozije dolazi zbog korozivnosti medija koji se transportira. Da bi se spriječilo pucanje cjevovoda uslijed korozije nužno je provoditi mjere zaštite kao što su katodna zaštita, premazivanje cjevovoda organskim prevlakama, dodatak inhibitora u korozivni medij. Mnogi vlasnici cjevovoda da bi što više zaradili dozvoljavaju rad korodiralih cjevovoda zbog čega prije ili kasnije dolazi do izlijevanja. Kod složenih sustava kao što su naftovodi (ili općenito razni cjevovodi) nesreće i katastrofe su uglavnom uzrokovane nizom faktora. U slučaju korozije cjevovoda taj dodatni faktor je nedostatak kontrole cjevovoda zbog čega problem postaje primjetan tek kad izazove velika izljevanja i eksplozije. Primjer takvog neodgovornog ponašanja je velika američka tvtka Koch Industries Inc. koja u svojoj povijesti ima velik broj izlijevanja iz cjevovoda kao i drugih kršenja ekoloških propisa [16]. Tako je primjerice u mjestu Lively došlo do eksplozije pri kojoj je poginulo dvoje ljudi. Iako su predstavnici tvrtke tvrdili da je do eksplozije došlo neočekivano pronađene su 583 mjesta na cjevovodu s izraženom korozijom i to samo u jednom okrugu, pa su stručnjaci ovaj cjevovod okarakterizirali kao švicarski sir. U mjestu Corpus Christi eksplodirao je podzemni cjevovod iste kompanije pri čemu je došlo do istjecanja litara sirove nafte. Eksploziju je uzrokovao udar munje pri čemu je došlo do zatvaranja ventila što je pak uzrokovalo porast tlaka i na dijelu cjevovoda oslabljenog korozijom došlo je do pucanja. Dvije godine prije nesreće radnici su upozorili tvrtku da bi trebalo zamijeniti dio cjevovoda koji je izgrađen još 40-tih godina, osim toga predložili su da se posebnim uređajima za detekciju korozije pregleda unutrašnjost 30 km dugog cjevovoda. 29

30 Zračni prijevoz Korozijska oštećenja na zrakoplovima pojavljuju se uslijed atmosferske korozije, posebice kada su zračne luke smještene u blizini mora. Oblici korozije na avionima mogu biti različiti od lokalne korozije do koje dolazi kad voda zaostane na nekoj površini do galvanske korozije koja se javlja na mjestu kontakta različitih metala. Tako je na vojnim avionima F-16 otkrivena korozija kositrenih konektora koji su utaknuti u pozlaćenu utičnicu. Ova vrsta korozije, iako jedva vidljiva golim okom, smatra se uzrokom padova najmanje pet F-16 aviona (materijalan šteta je $) [17]. U travnju godine devetnaest godina starom Boeing-u 737 otkinuo se gornji dio trupa aviona tokom leta. Pilot je ipak uspio spustiti avion na zemlju, ali je u nesreći poginula jedna stjuardesa. Kao uzrok ovog raspadanja aviona utvrđen je korozijski zamor i lokalna korozija posebice na dijelovima preklapanja metalnih ploča gdje je došlo do nakupljanja voluminoznih korozijskih produkata zbog čega su se ploče razdvajale. Slika 2. Oštećeni Boeing 737 nakon slijetanja [17] Tankeri U 12 mjesecu malteški tanker Erika potonuo je na oko 70 km od francuske obale pri čemu je došlo do izljevanja tona nafte koja je zagadila 400 km obale [18-19]. Ovo izlijevanje uzrokovalo je ekološku (veliki pomora ptica, riba i drugih organizama) kao i ekonomsku katastrofu (taj kraj je ovisio o ribarstvu i turizmu). Kao uzrok ove katastrofe smatra se korozija. Prvi problemi s korozijom 30

31 javili su se još pet godina prije ove nesreće. Brod je tada djelomice popravljen ali očito ne dovoljno jer je već inspekcija američke obalne straže naredila popravak sustava za inertni plin, važnog dijela sigurnosnog sustava broda, na kojem su bila zamjetna korozijska oštećenja. Korozijska oštećenja bila su zamjetna i na sustavu za zaštitu od požara kao i na još nekim dijelovima broda. Nekoliko tjedana prije nesreće kapetan broda prijavio je talijanskoj inspekciji da brod ima probleme s korozijom, no brod je svejedno dobio odobrenje za plovidbu pod uvjetom da do kraja siječnja bude popravljen. No do popravka nije došlo jer je brod u međuvremenu potonuo. Korozija u ljudskom tijelu U modernoj medicini i stomatologiji česta je primjena različitih metalnih, polimernih ili keramičkih materijala u obliku nadomjestaka za pojedine dijelove tijela. Danas gotovo svatko ima neki implantat u svome tijelu, od zubne plombe do umjetnih kukova ili srčanih stentova. Slika 5 daje prikaz najčešćih metalnih implantata za ljudsko tijelo. 31

32 Slika 5. Primjena metalnih implantata u ljudskom tijelu Među najvažnijim svojstvima implantata je biokompatibilnost materijala, odnosno toksičnost za okolno tkivo i cijeli organizam. Korozija ovih metalnih materijala važan je faktor koji utječe na njihovu biokompatibilnost. Zbog toga se implantati izrađuju od materijala koje karakterizira velika korozijska otprnost kao što su nerđajući čelik, kobalt-krom legure te titan i njegove legure. Tablica 2. Najvažniji metalni materijali za izradu implantata Materijal Glavno područje primjene 316L nehrđajući čelik Pločice za ortopedske lomove, zubni umetci, umjetni kukovi, stentovi Kobalt-krom legure Zubni umetci, srčani zalisci, umjetni 32

33 Titan, nitinol (50% Ti, 50%Ni), titanove legure (Ti-6Al-4V, Ti-55Al2.5, Ti-6Al-7 Nb211 kukovi Rekonstrukcije lica, zubni umetci, umjetni kukovi Ljudsko tijelo je s korozijskog stajališta slani elektrolit s otopljenim kisikom na temperaturi 37 C i ph vrijednosti 7.4 koja u slučaju upala može biti i 5. Osim toga izvanstanične tekučine kojima je izložen implant sadrže i druge organske tvari koje mogu na njega korozivno djelovati. Korozijom nerđajućeg čelika 316L u ljudskom tijelu dolazi do otpuštanja Fe, Cr i Ni iona koji su poznati kao alergeni i karcinogeni. Ovaj materijal je sklon lokalnoj koroziji i u 90% slučajeva ona je uzrok propadanja implanta. Do nje dolazi zbog pucanja pasivirajućeg oksidnog filma. Prisutnost proteina u serumu i staničnim tekučinama povećava vjerojatnost pojave jamičaste korozije. Da bi se poboljšala korozijska svojstva nerđajučeg čelika 316L provodi se dodatno prevlačenje s hidroksiapatitom Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2. Ova prevlaka povečava korozijsku otpornost čelika i time sprečava otpuštanje metalnih iona. Osim toga, hidroksiapatit je porozan poput ljuske kosti i omogučuje da tkivo i krvne žile urastaju u njega. Na ovaj način poboljšava se biokompatibilnost i bioaktivnost implanta. Kobalt-krom legure se koriste u ortopediji zbog svoje tvrdoće, čvrstoće te otpornosti na koroziju i trošenje. I kod ove legure prisutnost proteina može izazvati njeno otapanje uslijed stvaranja kompleksa s kromom pri ćemu dolazi do povećanju koncentracije iona kroma u organizmu. Ova vrsta legura također pokazuje sklonost lokalnoj koroziji. Titan i njegove legure kakrakterizira izrazita korozijska otpornost zbog nastajanja stabilnog pasivnog filma ali imaju slabu otpornost prema trošenju. Najpoznatija titanova legura je nitinol koja se sastoji od nikla i titana. Nitinol se često koristi u ortodonciji, a u novije vrijeme i za izradu srčanih stentova. Tablica 3. Prednosti i mane pojedinih metalnih materijala 33

34 Nerđajući čelik Kobalt-krom legure Titanove legure + Cijena Dostupnost Otpornost prema trošenju Korozijska otpornost Čvrstoća Korozijska otpornost Elastični modul Čvrstoća Specifična gustoća Biokompatibilnost - Visok modul elastičnosti Visok modul elastičnosti Slaba otpornost prema Biokompatibilnost Biokompatibilnost trošenju (otpuštanje alergena i (kancerogeni krom) kancerogena: Cr, Ni, Fe) Lokalna korozija (90% lomova implantata) Najnovija istraživanja ukazuju na mogućnost primjene razgradivih implanata. U tu svrhu koriste se magnezijeve legure koje, za razliku od drugih materijala koji se koriste u medicinske svrhe, karakterizira slaba korozijska otpornost. Magnezij je biokompatibilan, važan za brojne metaboličke procese (četvrti kation po zastupljenosti u ljudskom organizmu), sudjeluju u važnim biološkim procesima u organizmu i zbog toga njegovo otpuštanje u organizam ne djeluje negativno na ljudsko zdravlje. Osim toga modul elastičnosti i gustoća magnezijevih legura slični su onima od ljudske kosti. Zbog toga se intezivno istražuju mogućnosti primjene magnezijevih legura za implante koji ne trebaju trajno ostati u organizmu kao što su vijci za kosti ili kardiološki stentovi. 34

35 UTJECAJ ZAGAĐENJA OKOLIŠA NA KOROZIJU GRAĐEVNIH MATERIJALA Sve zagađenija atmosfera utječe na pojačanu koroziju konstrukcijskih materijala što je posebice primjetno kod kulturnih i povjesnih spomenika. Zbog toga je Ekonomska komisija Ujedinjenih naroda za Europu (UNECE) pokrenula projekt o utjecaju zagađenja zraka na materijale. Svrha ovog projekta bila je kvantitativno utvrđivanje utjecaja sumpornih i dušičnih spojeva (koji uzrokuju kisele kiše) u sprezi sa klimatskim parametrima na atmosfersku koroziju značajnih konstrukcijskih materijala [20,21]. Različiti materijali kao što su metali, razne vrste kamena, prevlake, stakleni i polimerni materijali izlagani su u periodu od na 39 lokacija u 12 europskih zemalja SAD i Kanadi. Bilježeni su klimatski parametri (temperatura, vlažnost, broj sati kad je materijal izložen vlazi odnosno suncu), koncentracija zagađenja u zraku (SO 2, NO 2, O 3 ) kao i količina i sastav kiše. Kao rezultat dobivene su tzv. funkcije odziva koje govore o utjecaju koncentracije pojedinih zagađivača i klimatskih parametara na koroziju materijala. Ove funkcije su dane kao zbroj brzine korozije zbog suhe atmosferske korozije (utjecaj raznih plinova iz atmosfere) i mokre korozije uzrokovane kiselim kišama. Brzina korozije Zn u prvoj godini/ m Slika 3. Brzina korozije cinka u ovisnosti o koncentraciji SO 2 i relativnoj vlažnosti (Rh) [20] 35

36 Ova istraživanja omogućuju određivanje područja povećane korozije kao i proračun troškova atmosferske korozije. Kao posljedica primjene protokola za smanjenja zagađenja (za SO 2 i NO X ), u periodu kad je trajalo istraživanje, primjetan je trend smanjenja zagađivala u zraku što je utjecalo i na smanjenu korozivnost atmosfere kao što je prikazano na slici 4. Proračunato je da se kao posljedica primjene 2. protokola o smanjenju emisije sumpora, samo zbog smanjenja korozijskih oštećenja u Europi godišnje uštedi oko 9 milijardi dolara. Slika 4. Trendovi stupnja zagađenja i brzine korozije za čelik i cink u periodu [20] Dok je u Europi i sjevernoj Americi sve jača svijest o nužnosti smanjenja zagađenja u okolišu, u zemljama Latinske Amerike, Afrike i Azije koje je zahvatio trend naglog industrijskog razvitka, ekološka svijest nije još dovoljno razvijena pa ta područja postaju mjesta najjačih zagađenja. Budući da se većina tih zemalja nalazi u području sa vlažnom i toplom klimom šteta koju uzrokuju SO 2 i druga onečišćenja još je veća nego u zemljama sa hladnijom klimom. Primjerice istraživanja u gradovim jugozapadne Kine, u kojima se kao glavni izvor energije koristi ugljen sa velikim sadržajem sumpora, pokazala su da je brzina korozije znatno veća nego igdje u Europi [21]. Zbog toga je posebno važno razviti ekološku svijest u zemljama u razvoju kako bi se sačuvao okoliš i brojne povjesne znamenitosti. 36

37 Poželjna korozija Iako je korozija u većini slučajeva nepoželjna postoje oblici korozije koji su prihvatljivi pa čak i poželjni. To je u slučajevim kad produkti korozije kompaktno prekrivaju metalnu površinu i na taj način štite materijal od daljnje korozije osim toga činjenica da produkti korozije najčešće imaju boju različitu od osnovnog metala, koristi se u umjetnosti i arhitekturi. Jedan od vrlo dobrih primjera je atmosferska korozija bakrenih krovova zbog koje oni s vremenom dobiju patinu privlačne zelene boje. Drugi primjer je takozvani weathering steel [22] vrsta čelika koji u uvjetima atmosferske korozije (kad nije stalno u dodiru sa vlagom) stvara gustu i kompaktnu oksidnu barijeru daljnjoj koroziji. On se zbog toga može koristiti, često i bez dodatne zaštite, u građevinarstvu. Umjetnici pak činjenicu da svojstva, a time i boja korozijskih produkata ovisi o izloženosti vlazi, suncu i sl. koriste za skulpture pa se boja čeličnih ploha razlikuje ovisno o njihovom položaju u prostoru. Primjer ovakve skulpture je Picassova Glava žene koja se nalazi u Chicagu. 37

38 ZAŠTITA OD KOROZIJE I OKOLIŠ Korozija je spontani proces prelaska metala iz elementarnog stanja u spojeve u kojima se najčešće nalazi u prirodi. Ljudi ovaj ekonomski nepovoljan proces nastoje usporiti na različite načine. Pravovremena i kvalitetna zaštita od korozije omogućuje dulje korištenje materijala i raznih konstrukcija. Istraživanja su pokazala da se četvrtina šteta od korozije može spriječiti primjenom suvremenih tehnologija zaštite. Metal se može zaštititi od procesa korozije različitim metodama. Najčešći načini zaštite metala od korozije su prikazani na slici 5. Slika 5. Metode zaštite od korozije Svaki od tih postupaka zaštite je potencijalni zagađivač okoliša. U ne tako davnoj prošlosti metode zaštite od korozije promatrane su samo s aspekta njihove djelotvornosti dok je ekološka prihvatljivost bila zanemarivana pa su korištene mnoge supstance otrovne za ljude, kao i za biljni i životinjski svijet. Danas su za mnoge postupke zaštite od korozije doneseni zakoni koji zabranjuju upotrebu toksičnih tvari te reguliraju emisije otpadnih tvari iz tih procesa. Osim toga različite strukovne i ekološke organizacije nude savjete kako u raznim industrijama i obrtima smanjiti 38