Durevole è meglio
Lo zinco per aumentare la durata di esercizio dei manufatti in acciaio

Roberto Ranfagni

“Coloro che devono prendere decisioni nell’edilizia, nell’arredo urbano e stradale, sia per la Pubblica Amministrazione che nel privato, abbiano la possibilità di compiere scelte di approvvigionamento, che tengano conto dell’economia nel tempo e degli aspetti ambientali”
Che la corrosione comporti un danno economico formidabile di anno in anno, è un dato acquisito. Analisi di esperti di tutto il mondo hanno negli anni quantificato i costi relativi alla naturale degradazione dei materiali. Più recentemente, un’altra questione ha suscitato l’interesse generale: quanto “costa” in termini ambientali la corrosione e quali sono le armi in nostro possesso per diminuirne l’incidenza e l’impatto sull’ambiente? La questione è inevitabilmente complessa, ma si possono subito fare delle considerazioni molto semplici: è evidente che il primo baluardo è la prevenzione operata attraverso sistemi di protezione compatibili. La prevenzione evita il danno ambientale connesso con l’inquinamento dei prodotti della corrosione, ma anche il consumo delle risorse ambientali, che occorrono per manutenzione, riparazione e rifacimento delle opere compromesse.

Il danno economico ed ambientale
Il fenomeno della corrosione coinvolge il patrimonio artistico, le opere urbane, quelle stradali, ponti, impianti, macchine ed attrezzature. I bronzi di Riace, il Marco Aurelio, la Statua della Libertà sono stati attaccati ferocemente dall’ossidazione. La torcia della Statua della Libertà è stata addirittura sostituita negli anni 80. In questo caso, la corrosione ha determinato un danno inestimabile ed ha irreparabilmente compromesso l’originalità dell’opera. Funzionale o anche solo estetico, il danno che la corrosione produce, determina in Italia una spesa valutabile intorno ai 40-45 miliardi di euro all’anno. Recenti studi portano ad affermare che, nei diversi settori, i danni della corrosione rappresentano il 3.5 – 4.5% del prodotto interno lordo. Il calcolo ovviamente riguarda le spese che occorrono per la manutenzione delle opere, quando è possibile intervenire, od il loro rifacimento, nel caso in cui siano irrimediabilmente compromesse. A tali considerazioni va aggiunto che ci sono casi particolari, come ad esempio interventi di conservazione statica su certe carpenterie o certi manufatti in cemento, che risultano molto complessi e costosi, ma anche senza grandi garanzie sul risultato. Per capire l’entità dei danni, per così dire, “indiretti”, basta pensare all’affondamento della petroliera Prestige al largo delle coste Spagnole, che è stato causato dalla corrosione dello scafo. In tal caso, oltre al danno economico, è evidente l’entità del rischio ambientale che può essere connesso alla scelta di un sistema anti-corrosivo non adeguato. Questa considerazione, partendo da un episodio occasionale, mette in evidenza la sola punta dell’iceberg: il vero danno ambientale è costituito dall’insieme delle emissioni in ambiente e dei consumi causati dalla corrosione continuamente negli anni. Si devono considerare, infatti, le emissioni che vengono prodotte dalle attività industriali che servono a “rincorrere” la corrosione per la produzione e la messa in opera dei materiali per le manutenzioni, riparazioni e rifacimenti, nonchè il consumo delle risorse energetiche e minerarie, e l’impatto dei prodotti di corrosione che si disperdono in ambiente. Ovviamente i costi ambientali ed economici sarebbero fortemente ridotti da quei trattamenti anticorrosivi che, come la zincatura a caldo, garantiscono una lunga durata della protezione. La scelta di un sistema opportuno di protezione dalla corrosione, da parte di progettista e realizzatore, è di fondamentale importanza. Un’opera qualsiasi va resa utilizzabile per l’intero periodo di esercizio previsto. Ciò è universalmente valido per tutti i prodotti e per tutte le applicazioni, ma nel campo delle costruzioni, dove nella quasi totalità dei casi è richiesta una durata pressoché infinita, il problema assume un significato particolare. La soluzione da adottare deve essere affidabile, facilmente applicabile, economicamente compatibile ed eco-sostenibile.

Zincatura a caldo per la protezione dell’acciaio
Con l'espressione "zincatura a caldo" si intende il processo di rivestimento dell’acciaio con uno strato superficiale di zinco. Il processo consiste nell’immersione dei pezzi in acciaio e ferro in un bagno di zinco fuso a 450°C circa, il che crea un rivestimento di zincatura tenacemente ancorato alla superficie dei manufatti e protegge il materiale in due modi complementari: all’effetto barriera che lo zinco esercita frapponendosi ed isolando la superficie dall’azione dell’ossigeno e delle specie ossidanti, si aggiunge la protezione catodica, un fenomeno elettrochimico che impedisce che il ferro possa ossidarsi, mediante l’apporto degli elettroni garantito dallo zinco. Per la protezione catodica, nel caso il rivestimento di zinco venga scalfito, la differenza di potenziale che si crea quando zinco e acciaio entrano in contatto, preserva la struttura di acciaio a spese dello zinco che si corrode "sacrificandosi". L'acciaio non protetto può durare due anni prima che siano compromesse le sue funzioni e la stessa integrità strutturale. Gli elementi zincati resistono, invece, nel più aggressivo degli ambienti fino a dieci anni, senza richiedere alcuna manutenzione. In condizioni “normali”, cioè negli ambienti urbani e rurali, il rivestimento di zinco può durare diversi decenni. Una recente ricerca condotta dalla GA - Associazione degli Zincatori Inglesi ha messo in evidenza come la durata del rivestimento di zincatura si sia notevolmente incrementata negli anni a causa della riduzione delle emissioni atmosferiche di SO2, principale nemico della zincatura (assieme agli acidi e ai cloruri). Oggi il consumo del rivestimento di zincatura può fissarsi mediamente intorno a 0.5 - 1.0 µm/anno negli ambienti di impiego usuali (si escludano ovviamente casi particolari di esposizione come le atmosfere industriali pesanti o l’immersione in acqua di mare, dove la velocità di corrosione è maggiore). Questi studi sono stati in parte confermati, seppur indirettamente, da una ricerca dell’Università di Ancona volta a analizzare gli effetti dello zinco nel suolo (di cui parleremo più approfonditamente nel seguito). Sulla base di queste evidenze si ottiene che un rivestimento di 100µm può durare più di 160 anni in un ambiente rurale medio. La ricerca è stata effettuata su tralicci per il trasporto di energia elettrica che presentano, dopo circa 32 anni di installazione, un rivestimento di zinco così spesso che ancora oggi supererebbe i severi controlli per il collaudo dell’ENEL e tale da poter affrontare egregiamente un secolo a venire. Al risparmio derivante dal preservarsi dell'acciaio si affianca, quindi, la riduzione dei costi di manutenzione. Inoltre, proteggendo delle risorse, evitando nuove produzioni di acciaio o riciclo di materiali di scarto, la zincatura risparmia l’energia ed i costi ambientali relativi. Nell’articolo “Soil zinc contamination from corrosion of galvanized structures” pubblicato a cura dell’’Università di Ancona sulla rivista internazionale Chemistry and Ecology, si rileva come lo zinco dilavato per effetto della corrosione atmosferica dai tralicci zincati nelle vicinanze di Ancona e Parma, sia confinato al di sotto delle strutture e non migri oltre i 50 cm dall’area di base, raggiungendo una profondità di soli 50 cm. Lo studio conferma inoltre la validità delle formulazioni empiriche per il calcolo del consumo del rivestimento di zinco. Le emissioni di zinco dalle strutture zincate non provocano, dunque, problemi ambientali. Per converso, lo zinco è un metallo essenziale per la vita e sono ben noti gli effetti della sua carenza sia per quanto riguarda il fabbisogno per gli esseri umani che per le altre specie viventi. Tant’è che lo zinco non rientra tra le sostanze bio-accumulabili. Anche le Aziende di zincatura, che sono vincolate a regimi di prevenzione e controllo dell’inquinamento molto severi, sono caratterizzate da un impatto ambientale basso.

Semplici constatazioni sui benefici
Supponiamo di voler calcolare quanto si risparmia applicando la zincatura a caldo con alcuni semplici esercizi comparativi. Valutiamo, per esempio, il costo della manutenzione di alcuni monumenti famosi non zincati e compariamo i risultati ottenuti con le performance che ci sarebbero se essi fossero zincati.
La Torre Eiffel, monumento simbolo di Parigi, fu costruita nel 1800 e venne considerata dai contemporanei capolavoro di ingegneria. È interamente realizzata in acciaio non zincato ma verniciato, perché non ne avevano ipotizzato una lunga durata. Gli interventi di manutenzione sono particolarmente lunghi e difficoltosi ed avvengono ogni sette anni. Durano molti mesi e richiedono l’utilizzo di circa 60 tonnellate di vernice per ricoprire un’area di 200.000 metri quadrati. Se la Torre Eiffel fosse stata zincata, secondo i dati presenti in letteratura per l’ambiente urbano, nel peggiore dei casi, sarebbero stati necessari solo sette interventi contro i diciassette che ci sono stati dal 1889 ad oggi. Se si fosse usata la zincatura duplex (zincatura + verniciatura) forse non si sarebbe dovuto intervenire se non per motivi estetici. Dieci sedute di manutenzione evitate corrispondono al risparmio di 600 tonnellate di vernice e di 560.000 ore di manodopera ad alto rischio d’infortunio.
Per il Golden Gate Bridge di San Francisco in 100 anni, che è la durata del rivestimento di zinco calcolata in atmosfera tropicale marina, saranno consumate 10.000 tonnellate di antiruggine e un milione di ore di manodopera in un luogo di lavoro a rischio d’infortunio.
Si pensi ora a cosa accade per quelle opere che, meno importanti della torre Eiffel o del Golden Gate Bridge, non sono sottoposte a monitoraggio con la stessa accuratezza. Consideriamo il caso di un palo per illuminazione cavo non protetto all’interno per impossibilità di raggiungere la superficie. Possiamo usare il metodo indicato in uno studio pubblicato dall’AGA e basato sulle normative americane ASTM sull’aggressività dei differenti ambienti corrosivi atmosferici su acciaio e zinco, per ottenere una comparazione tra le durate del manufatto zincato ed non protetto. La durata media di un palo ottenuto usando acciaio di spessore 3 mm è valutabile indicativamente intorno ai 40 anni in una atmosfera con media aggressività (viene stimato il tempo necessario alla consunzione del 50% dello spessore della lamiera). Trattando il palo con la zincatura si riesce ad ottenere una protezione completa del palo, dal momento che anche la sua parte interna viene ricoperta. Supponendo di ottenere sulla superficie un rivestimento di 80µm di spessore, si può ipotizzare una durata della protezione di circa 80 anni che si aggiunge ai 40 ipotizzati in precedenza. La protezione della corrosione ottenuta dalla zincatura in questo caso triplica la vita del manufatto. È tuttavia ipotizzabile che il palo all’esaurirsi della protezione della zincatura dopo gli 80 anni possa essere risottoposto alla zincatura oppure reimmesso nel ciclo produttivo come rottame di ferro, totalmente riciclato, con il risparmio di risorse naturali esauribili.

Il ciclo di vita (LCA)
Il carico ambientale connesso alla zincatura può essere valutato attraverso l’ottica integrata dell’analisi LCA (Analisi del Ciclo di Vita). L’LCA consiste nel calcolo e valutazione di determinati parametri caratteristici dell’impatto ambientale di un prodotto o di un processo durante l’intero ciclo di utilizzo (per esempio acidificazione indotta, contributo all’effetto serra, energia consumata, etc) attraverso bilanci di massa ed energia. Con l’LCA rientrano nella valutazione tutte le fasi produttive, compresi i trasporti, che portano alla realizzazione dell’acciaio zincato e vanno dall’estrazione dello zinco in miniera alla consegna del prodotto zincato. L’Associazione Italiana Zincatura ha commissionato uno studio che si snoda attraverso l’analisi dei vari step del processo produttivo, considerando il consumo di energia e materie prime assieme alla produzione di rifiuti relativa, e si estende all’analisi dei costi benefici prodotti dall’utilizzo della zincatura fino al destino di fine-vita (rifiuto o riciclo) del prodotto. Per il momento è stato analizzato il ciclo produttivo adottato in due stabilimenti associati: sulla base dei risultati preliminari si può affermare in termini qualitativi che l’utilizzo della zincatura rispetto ad altri trattamenti anticorrosivi riduce il consumo d’acciaio, riduce il consumo del petrolio, riduce il consumo d’energia elettrica, riduce la produzione di rifiuti, riduce il consumo d’acqua di raffreddamento delle centrali elettriche e della produzione dell’acciaio, evita emissioni responsabili dell’effetto serra, dell’acidificazione, della distruzione della fascia dell’ozono, dell’eutrofizzazione e della formazione di ossidanti fotochimici.