TalTechi energiatehnoloogia instituudil on käsil väga oluline projekt, mis tegeleb küberfüüsikaliste süsteemide ja digitaalsete kaksikutega energiamahukate tööstusharude süsinikdioksiidi vähendamiseks.
Projekti tähtsus seisneb selles, et maailmas on väga kiirelt vaja vähendada tööstusliku tootmise heitkoguseid (see moodustab ligikaudu 30% ülemaailmsest energiakasutusest) ja tugevdada ka Venemaa sõjast tingitud energiakriisi ajal majandust, luues usaldusväärseid energiaallikaid.
Selle kõige kohta uurisime lähemalt projektis kaasa tegevalt TalTechi doktorandilt Alejandro Lyons Cerónilt.
Kuidas see projekt alguse sai?
Projekt sai alguse eelmisel aastal. TalTechi meeskonna kutsus liituma Belgia Libre de Bruxelles’ ülikooli professor Alessandro Parente sooviga panna kokku suur teadlaste võrgustik, et tegeleda EL-is energia teemadega. Projekt on osa Euroopa teaduse ja tehnoloogia koostööst COST ning Eestist osalevad projektis energiatehnoloogia instituut ja arvutisüsteemide instituut.
Projekt hõlmab kolme peamist sektorit: kõrgharidus, äriettevõtted ja valitsus-/valitsustevahelised organisatsioonid. Teised osalejad on mittetulundusühingud ja standardorganisatsioonid erasektorist. 80 protsenti osalejatest on aga EL-i kõrgkoolidest ja enamik neist on spetsialiseerunud keemiatehnoloogiale, põlemisprotsessidele, vedelike dünaamikale ja masinõppele.
Alejandro Lyons Cerón: “Olen TalTechi neljanda kursuse doktorant, töötan energeetikaosakonnas nooremteadurina. Olen mehaanikainsener. Bakalaureusekraadi tegin Kolumbia riiklikus ülikoolis, sealt liikusin Saksamaale, kus õppisin taastuvenergiat. Viis aastat tagasi kolisin Eestisse, et viia läbi magistriõpingud säästvate energiate alal ning alustasin koostööd energeetikaosakonnaga. Praegu on mul pooleli doktoritöö, mis keskendub põlevkivi ja biomassi koospürolüüsile. Teen koostööd erinevate energiatehnoloogia projektidega biomassi ja tahkekütuste muundamise ning taastuvenergiaga seotud teemadel.”
Keda see projekt eelkõige puudutab?
Projekt puudutab paljusid olulisi tööstustootmise sektoreid, sealhulgas toiduainete, jookide, tselluloosi ja paberi tootmist; põhikemikaalid; rafineerimine; raud ja teras; värvilised metallid; mittemetallilised mineraalid. Need on tööstusharud, mis moodustavad rohkem kui 50% EL-i tööstuse energiatarbimisest.
Suurtööstuste põhiline motiiv projektis osalemiseks on vähendada kõrgeid makse ja sanktsioone, mis tulenevad nende tegevusega kaasnevatest suurtest heitkogustest. Kõik need energiamahukad tööstusharud on põhjustanud üle 20% EL-i kasvuhoonegaaside koguheitest. See otsene mõju heitkogustele põhjustab muret seda tüüpi tööstusharudes, millel on Pariisi kokkuleppe kohaselt ühine eesmärk saavutada 2050. aastaks nullheite tase.
Mis on projekti eesmärk?
Eesmärk on luua multidistsiplinaarne ekspertide võrgustik keemia, vedelike dünaamika, põlemise ja masinõppe valdkondades, et lahendada üks suurimaid keskkonnaprobleeme – vähendada energiamahukate tööstusharude süsinikdioksiidi heiteid, luues teadusasutuste ja tööstuse vahel tihedama koostöövõrgustiku.
Lisaks on projekti üks sihte levitada teadmisi taastuvate sünteetiliste kütuste kohta, aga ka nende protsesside erinevatest mudelitest, juhtimisest ja diagnostikast.
Tehes koostööd tööstusega, soovime teadlastena mõista paremini nende energiavajadust ja seda, kuidas põlemisprotsesse tööstuses läbi viiakse. Tahame julgustada ettevõtteid kasutama küberfüüsikalisi süsteeme, mis integreeriks arvutuslikke ja füüsilisi komponente, kasutades digitaalsete kaksikute kontseptsiooni, millega saab simuleerida, kui palju on vaja tegelikult energiat toota ja kasutada.
Selliste täiustatud digitaalsete mudelite ja meetodite, sealhulgas masinõppe küberfüüsikaliste kaksikute juurutamine aitab optimeerida praeguseid tööstuslikke protsesse – tulemuseks on otseselt kuluefektiivsemad ja keskkonnasõbralikumad lahendused.
Miks see oluline on?
Energiamahukate tööstusharude tekitatud kasvuhoonegaaside heitkoguste osakaal on väga kõrge, ja seda erinevatel põhjustel, sealhulgas fossiilkütuste kasutamisest ja protsesside optimeerimist võimaldava digitaliseerimise puudumisest tulenevalt.
Projekt käsitleb otseselt kahte peamist probleemi, mis heitkoguste vähendamist takistavad. Esiteks võib sünteetiliste taastuvkütuste kasutamine, mis võib tööstuses potentsiaalselt asendada energiaallikatena fossiilkütuseid, vähendada oluliselt süsiniku jalajälge ning pakkuda praegust geopoliitilist olukorda arvestades usaldusväärsemaid ja kindlamaid energiaallikaid.
Mis tähendus on projektil globaalses mõttes?
Globaalses mõttes ongi projektil seetõttu suur tähtsus – maailmas on vaja kiiresti vähendada tööstusliku tootmise heitkoguseid ja optimeerida energiakasutust, kuna see moodustab ligikaudu 30% ülemaailmsest energiakasutusest.
Energiamahukad tööstusharud moodustavad 54% kogu energiatarbimisest OECD riikides. Seetõttu on see teema väga oluline, kuna käsitleb olulist osa energiatarbimisest tõhusate taastuvate sünteetiliste kütuste, sealhulgas taastuva vesiniku tootmise kaudu tööstuse dekarboniseerimiseks.
Veelgi enam, praegune energiakriis, mis on tingitud Venemaa sõjast Ukrainas, lääne sanktsioonidest ja Venemaa gaasijuhtmete katkestamisest, on mõjutanud energiavarustust ja hindu. See projekt käsitleb taastuv- ja kohalikke energialahendusi ning fossiilkütuste alternatiive.
Kuidas saavad sellest kasu tavainimesed?
Sellist tüüpi projektidel on ühiskonnale otsene mõju – esiteks võimaldavad tõhusamad, digitaliseeritud ja optimeeritud tööstused ühiskonna jaoks konkurentsivõimelisemat majandust. Selline suurenenud konkurentsivõime võib kaasa tuua majanduskasvu, töökohtade loomise ja seeläbi ühiskonnas elavate inimeste kõrgema elatustaseme. Tööstusprotsesside optimeerimine võib kaasa tuua kulude kokkuhoiu, mis võib potentsiaalselt edasi kanduda tarbijatele, mille tulemuseks on soodsamad kaubad ja teenused.
Teiseks on projekti eesmärk aidata kaasa CO2 heitkoguste vähendamisele. Kuna tööstused võtavad kasutusele puhtamad ja säästvamad tavad, väheneb üldine keskkonnajalajälg. Parem õhukvaliteet toob otsest kasu inimeste tervisele ja heaolule. Kahjulike heitkoguste vähenemine võib aidata kaasa erinevate saastusega seotud haiguste vähenemisele, mille tulemuseks on tervemad kogukonnad.
Kolmanda aspektina saab tuua välja, et taastuvate sünteetiliste kütuste väljatöötamine ja kasutuselevõtt mõjutab otseselt tavainimeste energiavarustuse kindlust. Energiaallikate mitmekesistamise ning stabiilsete ja kohapeal toodetud taastuvkütuste kasutamisega suurendab projekt energiajulgeolekut.
See on eriti oluline praeguse geopoliitilise olukorra kontekstis, kus traditsioonilised energiaallikad võivad olla haavatavad. Kindlam ja usaldusväärsem energiavarustus tagab üksikisikutele juurdepääsu stabiilsele ja taskukohasele energiale, vähendades kogukondade haavatavust ülemaailmsete energiaturgude kõikumiste suhtes.
