TalTechi aasta noorteadlane, keemia ja biotehnoloogia instituudi vanemteadur Birgit Mets julgustab noori keemiaõpinguid alustama, sest lähtudes kogu maailma püüdlusest ringmajanduse suunas, on just keemikuid väga vaja, leidmaks materjalidele uusi kasutus- või ümbertöötlemise võimalusi.
Mets selgitab intervjuus, kuidas ta keemiateadlasena oma tööga “maailma päästmisele” ja ka meid tabanud energiakriisi lahendamisele kaasa saab aidata.
“Praeguste teadmiste ja vahenditega oleme jõudnud oluliselt kaugemale ning suudame muuta põlevkivi kordades väärtuslikumaks ja kallimaks tooraineks, kui seda elektri või soojuse saamiseks lihtsalt põletades,” viskab Mets õhku ühe põneva väite.
Miks valisite keemiaõpingud?
Lühike vastus oleks, et keemia on valdkonnana ääretult mitmekülgne ja põnev. Olen mõneti isegi tänulik, et gümnaasiumi lõpus ei osanud ma keemia olulisust, laiapõhjalisust ning mitmes valdkonnas rakendatavust veel täielikult mõista – siis lähtusin tõesti ainult põnevusest. Bakalaureuse- ja magistriõpingud läbisin rakenduskeemias, spetsialiseerumisega orgaanilise keemiale, ent doktorantuuri juba hoopis teisel alal, soojustehnikas, ning nii ma maavaradeni sattunud olengi.
Doktorantuuri ajal ei olnud ma veel päris kindel, et mis minust pärast kraadi kaitsmist edasi saab – kas valida akadeemiline karjäär või minna eraettevõtlusesse. Osaliselt kartsin, et ma pole päriselt ei ühte ega teist – ei keemik ega soojustehnik, ent tagantjärgi näen, et selline kirju taust on mulle ainult kasuks tulnud – keemia on osa kõigest ning panustab iga valdkonna arengusse olulisel määral. Muidugi on keemia ka efektne (eks vist igale keemikule meeldivad värvilised reaktsioonisegud ning veidike tossu tekitada) ning laboris töötamine on lihtsalt äge – oma kätega millegi tegemises on teatav võlu. Valdkonnaspetsiifiliselt on vaja läinud nii orgaanilist, anorgaanilist kui analüütilist keemiat, ning nende teadmiste omavahel ühendamine ja efektiivselt rakendamine on justkui paras pusle, mille lahendamisel paratamatult kerget võidurõõmu tunda võib.
Lähtudes kogu maailma püüdlusest ringmajanduse suunas, on just keemikuid väga vaja, leidmaks materjalidele uusi kasutuse- või ümbertöötlemise võimalusi.
Eelmist sügis-talve võib nimetada energiakriisi aastaks. Kas ja kuidas saate teadlasena anda enda panuse energiakriisi lahendamisse?
Põlevkivi uurides ja seda erinevatel eesmärkidel kasutades on kõik energia ja keskkonnaga seostuv alati teravalt luubi all. Oleme jõudnud kaugele sellest, et põlevkivi ainus eesmärk on seda ahju ajada ja põletada, nagu Kukrusel tehti. Järgmise olulise sammuna tehnoloogia arengus jõuti põlevkiviõli tootmiseni, ent õnneks pole teadlaste leidlikkusel piire ning nüüd oleme astumas järgmist sammu – üritame toota põlevkivist peenkemikaale, mille hinnaklass ületab põlevkiviõli kümneid kordi. Otseselt see energia ja energiakriisiga ei seostu, küll aga aitab see tagada lokaalset varustuskindlust, arendada keskkonnasõbralikke tehnoloogiaid ja tõsta Eesti riigi sõltumatust impordist.
Ent energiateemadest laiemalt me ei pääse – kõik arendatavad protsessid peavad olema võimalikult säästlikud ja energiatõhusad. Globaalselt vähenevad erinevates valdkondades kasutatavate maakide kasulike ainete sisaldused, ning sama tootmismahu tagamiseks on vaja töödelda suuremaid koguseid ja sellest tulenevalt ka suuremat energiahulka. Ennetamaks sellise olukorra teket tulebki süvitsi uurida, millised võimalused on maavarade parimaks väärindamiseks ja kõrgema lisandväärtuse tootmiseks. Taolised arendusprotsessid võtavad palju aega, et jõuda kõrgemate efektiivsusnäitajate ja väiksemate keskkonnamõjude juurde.
Energiakriisi leevendamise näitena võime tuua Tööstuskeemia Labori projekti, mille raames uurime ja arendame põlevkivituhast biolagunevate jää- ja lumesulatusvahendite tootmise võimalusi.
Teaduse võlu on minu jaoks suuresti selles, et tegemist on tiimitööga – kõik töötavad faktipõhiselt ja ühise eesmärgi nimel. Leides üha enam uusi kasutusviise maavaradele ning juba tekkinud jäätmetele, saame oma keskkonda puhtamana hoida, seda nii jäätmete taaskasutuse ja vähendamise kui keskkonnasõbraliku tootmise vaates.
Millele olete eelkõige oma teadustöös keskendunud varem ja missugused on olulisemad suunad praegu?
Alates doktorantuuri algusest olen olnud seotud põlevkivimaailmaga – alustasin oma teadusteed põlevkivi pürolüüsi valdkonnas professor Andres Siirde teadusgrupis, uurides täpsemalt väävliühendite käitumist selle protsessi käigus ning protsessi kineetikat. Samuti võrdlesin erinevaid maailmas leiduvaid põlevkivisid ja nende käitumist pürolüüsiprotsessis – see oli ka mu doktoritöö keskne teema.
Kuna mu töö põhines suuresti laboriskaalal läbi viidavatel analüüsidel (mitte tööstuslikul skaalal, nagu toonases Soojustehnika instituudis üldiselt kombeks oli), ning kasutatud meetod (termogravimeetriline analüüs) on äärmiselt universaalne, ehk seda saab peaaegu kõikide materjalide uurimiseks kasutada, siis sain ka paljude teiste teemadega tegeleda – alustades põlevkivi põletamisest oxy-fuel keskkonnas lõpetades krohvide ja erinevate karbiidsete materjalide iseloomustamisega. Teemade mitmekülgsus andis suurepärase arenguvõimaluse ning tegi igapäevase töö väga põnevaks.
Praegu töötan Keemia ja biotehnoloogia instituudis ning olen endiselt põlevkivi teemadega seotud – nüüd küll veidi teisest aspektist, ehk n-ö ahju ajamise asemel uurime seda kuidas põlevkivist otse väärtuslikke kemikaale kätte saada. Nagu eelnevalt kirjeldasin, on põlevkivi orgaanilise osa potentsiaal väga kõrge (võrreldes nt põletamisega) ning sellest toodetavad kemikaalid oleks väga kõrge väärtusega ning laialt kasutatavad.
Maailma kontekstis ongi materjalidele uute rakenduste leidmine oluline suund. Lisaks põhiproduktidele tekivad protsessi käigus ka kõrvalvood, mis omavad samamoodi potentsiaali – näiteks tekivad ühendid, mida on võimalik kasutada kloriidivaba jää- ja lumesulatusvahenditena, olles sealjuures loodussõbralikud. Ehk liigume üha enam ringmajanduse poole – lineaarsete protsesside ja tekkivate jäätmete asemel püüame kõikidele voogudele rakenduse leida. Ka näiteks põlevkivi töötlemise protsessi käigus paratamatult tekkiv CO2 võib olla eraldi toode – tootes seda piisavalt kõrge puhtusega, on see samamoodi kaup. Siinkohal tuleb taaskord esile keemiavaldkonna võlu – ka esmapilgul jäätmena tunduvas materjalis võib peituda kõrge väärtus – seda tuleb lihtsalt osata näha.
Põlevkivi on Eestis uuritud juba enam kui sada aastat? Kas on midagi, mida sellest veel ei teata?
Jah, tõsi ta on, et põlevkivi on Eestis uuritud juba rohkem kui sada aastat. Ometi leiame sellest ikka midagi uut mida edasi uurida või arendada. Suuresti võib see tuleneda sellest, et kõikides valdkondades on tehnoloogiline võimekus tohutult arenenud. Oskame nüüd ressursse palju efektiivsemalt väärindada, samuti teame toorme omaduste kohta palju rohkem kui näiteks 50 aastat tagasi.
Enamik põlevkivist, täpsemalt mineraalne osa, rahvakeeli kivimid, on päris põhjalikult iseloomustatud ja on teada, kuidas see erinevates protsessides käitub, ent orgaaniline osa ning selle olemus on palju põnevamad. Põlevkivi orgaaniline osa ehk kerogeen on see must või pruun kuld, milles seisneb selle maavara tõeline väärtus. Seda saab kasutada elektri, õli, või miks mitte ka kemikaalide tootmiseks. Kerogeeni struktuur on siiani olnud teadlaste jaoks kergelt mõistatuslik – teame küll, millised “jupid” struktuuris on ja oskame hinnata kui palju neid olla võiks, ent seda, kuidas nad täpselt omavahel ühendatud on, me sajaprotsendilise kindlusega teada ei saa. Aga uurima peab, sest kerogeeni potentsiaali parimaks rakendamiseks peame teadma, milline struktuur sellel on.
Kuna tegemist on äärmiselt kompleksse struktuuriga, siis seda n-ö ühe seadmega mõõta ja paika panna ei saa, isegi mitme seadme rakendamisel on see lõpuni peaaegu et võimatu. Samuti on erinevat päritolu põlevkivide koostised erinevad ning seega ka neist tekkivad produktid on mingil määral erinevad. Samas on tore tõdeda, et kõik uus on unustatud vana – põlevkivist otse kemikaalide kättesaamist prooviti juba 1960ndatel, ent tootmiseni siis ei jõutud – muutus poliitiline kord ja seetõttu ka turg ja nõudlus. Praeguste teadmiste ja vahenditega oleme aga jõudnud oluliselt kaugemale ning suudame muuta põlevkivi kordades väärtuslikumaks ja kallimaks tooraineks, kui seda elektri või soojuse saamiseks lihtsalt põletades.
Miks on põlevkivist otse kemikaalide tootmine vajalik ja oluline? Kas ja kuidas see aitab kaasa näiteks rohepöördele või tootmise jätkusuutlikumaks muutmisele?
Praegu toodetakse tohutult palju kemikaale, s.h. dikarboksüülhapped, naftapõhiste kemikaalide töötlemise kaudu ning keemiatööstuses suureneb vajadus toorainete järgi igal aastal. Näiliselt lihtsam on vastavaid ühendeid tellida Hiinast ja mujalt maailmast, ent üha muutuvates poliitilistes oludes ei saa sellele lõpmatuseni lootma jääda. Euroopa Liit on algatanud initsiatiivi tuua põhireaktiivide tootmine Hiinast ja Indiast tagasi, et tagada nii tarnekindlus. Selleks tulekski rakendada lokaalselt olemasolevaid ressursse ja aastakümnete jooksul loodud kompetentsi, vähendades tarnevajadust mujalt maailmast.
Kallimate ühendite, ehk pikema ahelaga dikarboksüülhapete, globaalne turg oli 2022. aastal hinnatud ligi 227 miljonile USD-le ning prognoositakse, et vajadus nende järele ainult kasvab. Nimelt kasutatakse neid näiteks nailoni (toodetakse 6 süsinikust koosnevast adipiinhappest), biolaguneva plastiku, kõikvõimalike ehitusvahtude või nende lisakomponendite tootmiseks. Kuigi näiteks biomassi muundamine dikarboksüülhapeteks bakterite abil on maailmas teataval tõusuteel, siis pikemaahaelaliste dikarboksüülhapete tootmiseks see hea lahendus ei ole. Kerogeenipõhist dikarboksüülhapete tootmist maailmas senini olemas ei ole. Paratamatult ei ole keerulistel ülesannetel lihtsaid lahendusi ning muutuvate oludega (näiteks karmistuvad keskkonnanõuded) kohanemine ning sealjuures projekti eesmärgini jõudmine võtab veel aega, et arendatud tehnoloogia oleks tasuv ja sealjuures keskkonnasõbralik.
Fakt on, et inimkond oma mugavustest väga lihtsalt loobuda ei taha. Kemikaalide tootmine põlevkivist on üks näide sellest kuidas väärindada senist materjali targemini, sealjuures raisata vähem, rakendada ringmajanduse põhimõtteid ja kasutada kohalikke tooraineid. Kuigi osa tootmist on karmistuvate keskkonnatingimuste tõttu viidud Euroopa Liidust välja kolmandatesse riikidesse kus vastavad nõudmised ei ole nii ranged, siis jättes tootmise näiteks Eestisse, saame paremini kontrollida seatud kliimaeesmärkide täitmist. Arendades keskkonnasõbralikku keemiatööstust siinsamas Eestis saame panustada majanduse arengusse, tootes põlevkiviõlist oluliselt kallimaid tooteid, ning tagada sõltumatust teistest riikidest – samuti ei sõltuks toodang otseselt maailmaturu nafta hinnast.
Olete seotud ka Geoloogiateenistuse fosforiid väärindamise projektiga. Miks on fosforiit maavarana väärtuslik?
Sel suvel võtsin vastu uue väljakutse ning liitusin Eesti Geoloogiateenistuse (EGT) meeskonnaga, asudes tööle tehnoloogiaeksperdina. Kõige lihtlabasem vastus oleks, et fosforiidi väärtus seisneb tema koostises. Nimelt on fosforiit üheks kriitilisi toormeid sisaldavaks ressursiks ning sellest tulenevalt pakub see üha suuremat majanduslikku huvi. Enim pakuvad huvi haruldased muldmetallid, mis on rohe- ja digipöördes keskse tähtsusega, sest neid kasutatakse nii roheenergia tootmise ja salvestamise kui ka muude kõrgtehnoloogiliste valdkondade jaoks. Selleks aga, et teada saada, kas ja millised kasutusvõimalused Eesti fosforiidil oleks ja kas (ja kui efektiivselt) need haruldased muldmetallid on võimalik kätte saada, tuleb läbi viia mahukas ja kompleksne uuring, mis võtaks arvesse protsessi ninast sabani – alustades sellest, milliste tehnoloogiate abil seda üldse võimalik kaevandada oleks, lõpetades sellega, millised produktid, kõrvalproduktid ning jäätmed tekiks kui seda töödelda.
Siinkohal on oluline toonitada, et Geoloogiateenistuse fosforiidi väärindamise võimalusi uuriva projekti puhul ei ole tegu kaevanduse püstipanekuga. Enne kui üldse midagi kaevandama hakata, on vaja kõigepealt väga täpselt teada, millise materjaliga on tegu, kui suured on selle varud ning kas ja kuidas seda kõige mõistlikum kaevandada ja töödelda oleks. Selleks on EGT teinud ääretult suure eeltöö – digitaliseeriti vanade uuringute andmed, loodi geoloogiline ruumimudel, valideeriti seda uute puuraukude infoga jne. Meie eesmärgiks on võrrelda erinevaid maailmas kasutatavaid tehnoloogiaid, nende kohandatavust meie toormele ning selgelt ja faktipõhiselt hinnata, kas see kõik üldse majanduslikult mõistlik oleks. Üheks oluliseks osaks projektist on haruldaste muldmetallide (HMM) eraldamise võimalikkus. Vastavaid elemente kasutatakse nii nutitelefonide, tuuleturbiinide, kui ka elektrimootorite või isegi LED-valgustite tootmises.
2022. aastal oli Hiina maailmas suurim haruldaste muldmetallide oksiidide tootja, ning teisel kohal oli USA, erinevate hinnangute põhjal ligi viis korda väiksema mahuga. 98% haruldastest muldmetallidest imporditakse ning nõudlus nende järele kasvab üle kogu maailma. Euroopas loetakse neid kriitiliseks maavaraks. Realistlikult tuleb tõdeda, et Hiinale me paratamatult konkurentsi ei pakuks, ent samas oleme unikaalses positsioonis tänu Sillamäel tegutsevale Silmetile, kus on olemas aastakümnete pikkune kogemus haruldaste muldmetallide eraldamises. Samuti võimaldaks lokaalselt tootmine elimineerida tarneriski ning sõltuvuse teistest riikidest.
Eesmärk on üllas ja teoorias on kõik väga tore, ent tuleb silmas pidada, et nende tulemusteni jõudmine ning majanduslikule potentsiaalile reaalse hinnasildi külgepanek võtab aega. Keemias on tihti nii, et paberi peal kõik toimib, aga reaalsus on teine. Projekti primaarne eesmärk on aga siiski fosforiidi väärindamine ehk sellest kõrgeima väärtusega toote saamine – olgu see siis fosforhape või näiteks kompleksväetis. Lõppkokkuvõttes on määravaks ikkagi hind – kui tootmine majanduslikult kasulik pole, siis tõenäoliselt seda keegi tegema ei hakka.
Miks tekitab Eestis fosforiidi kaevandamine pingeid ja diskussioone? Missugused on suurimad ohu- ja vaidluskohad seejuures?
Tulenevalt ajaloolisest taustast võib juba puhtalt sõna “fosforiit” mainimine ühes generatsioonis väga vastakaid reaktsioone esile kutsuda. See on kohati täiesti mõistetav – seda, mida ja kuidas Maardus tehti, ei saa nimetada keskkonnasõbralikuks, ent tuleb meeles pidada, et aeg on edasi läinud ning nüüd tehakse asju teisiti. Samuti ei ole mõtet ühtegi maavara heaks või halvaks lahterdada – head ja halvad võivad olla nende kasutamisviisid ja tehnoloogiad, mitte maavarad ise. Töötlemise tehnoloogiaid on pidevalt edasi arendatud ning ka inimeste suhtumine sellesse kuidas protsesse läbi viima peab, on täiesti teistsugune.
Meie kui teadlaste igasse uurimisteemasse on juba eos sisse kirjutatud jätkusuutlikkus – me tahame paremat ja puhtamat keskkonda kõigile. Enam ei tekitata uisapäisa aheraine hunnikuid ning ei paisata õhku heitgaase. Protsessid mõeldakse ja uuritakse läbi algusest lõpuni, iseloomustades sealjuures kõiki tekkivaid voogusid ning läbi viies riskianalüüse ja hinnates keskkonnamõjusid. Riigi vaatest peame me olema oma maapõue targad peremehed ning selleks tuleb olemasolevaid ressursse põhjalikult uurida ja väärtustada. Siinkohal hindame nii võimalusi kui ka riske ja ohtusid ning anname sõltumatu ja emotsioonitu faktipõhise hinnangu. See ei tähenda automaatselt fosforiidi kohest kasutuselevõttu – võib-olla on tulemus hoopis vastupidine. Võib näiteks selguda, et tehnoloogiliselt poleks selle kasutuselevõtt mõistlik või võimalik. Ent kõigepealt peame fakte koguma ja nende järeldusteni jõudma. Suuri järeldusi ei saa ja ei tohi teha pealiskaudsete teadmiste baasil ning see on ka põhjus, miks teadusprojektid tihti väga ajamahukad on. Antud uuring lõpeb näiteks alles 2025. aasta lõpus ning alles siis saame me ühiselt vastu võtta otsuse, kas alustada fosforiidi ja metallide kaevandamist ja kohaliku väärindamise planeerimist.
Eraldi rõhutaksin planeerimist – üldjuhul läheb esmastest analüüsidest kaevandusloa saamiseni ja töötava kaevanduseni 10 kuni 25 aastat. EGT ei langeta otsust, kas kaevandada, meie ainult pakume andmed ja teadmised, mille põhjal tulevikus Eesti riik neid otsuseid teha saab. Loodan, et avatum ja laialdasem kommunikatsioon võiks siinkohal aidata – inimeste muresid tuleb kuulata ja tõsiselt võtta ning neile seletada, mida ja kuidas täpselt tehakse ning missugused tagajärjed olla võivad. Juba praegu, uuringute faasis, kaasame kohalikke, korraldame infopäevi ja jagame oma uuringutulemusi. Meie aruanded on küll avalikud, ent need võivad erialase hariduseta inimeste jaoks olla liiga tehnilised, seega tulekski rohkem aega panustada sellele, et inimestele lihtsalt ja rahulikult selgitada, mis toimub ning seda me ka teeme.
