Teadus ja tulevik

Teadlane räägib: mis asendaks tulevikus kivisütt, naftat ja põlevkivi?

Söe kaevandamine ülaltvaates. Pilt on illustratiivne.

Rubriiki toetab

Kuna energia tarbimine on pidevalt tõusujoonel, räägitakse aina enam maailmas CO2 tekitatud keskkonnaprobleemidest. Et tarbitava energia kogus on niivõrd suur, pole seni õnnestunud häid alternatiive pakkuda. Mis ikkagi asendaks tulevikus kivisütt, naftat või põlevkivi?

Milline üldse oleks üks ideaalne energiaallikas? Loomulikult võiks ta olla väikese või peaaegu olematu keskkonnamõjuga, ohutu ning kindla juurdepääsuga ja kindlasti ka odava hinnaga.

Kui selline alternatiiv oleks olemas, siis kasutaks seda tõenäoliselt juba kogu maailm. Seega on teadlased juba aastakümneid uute energiatehnoloogiate kallal töötanud ning otsinud alternatiivseid lahendusi.

Fossiilsete kütuste head ja vead

Lisaks uutele lahendustele otsitakse võimalusi ka fossiilsete kütuste kasutamisest tulenevate mõjude leevendamiseks, kuna tõenäoliselt ei kao need niipea kuhugi. Fossiilsed kütused, sealhulgas nafta, põlevkivi, maagaas, turvas ning kivi- ja pruunsüsi, annavad meile 80% kogu maailmas tarbitavast energiast.

“Fossiilsete kütustega on hetkel nii, et ideaalis me sooviksime neid mitte kasutada, eelkõige CO2 pärast, kuid praktikas see võimalik ei ole. Hetkel põhineb nendel nii elektri kui ka sooja tootmine,” rääkis TalTechi keskkonna-, energia- ja keemiatehnoloogia eriala programmijuht ja vanemteadur Oliver Järvik.

Taastumatute kütuste kasutamisel on mitu probleemi: lisaks nende kaevandamisest tingitud maastiku muutumisele saastavad need keskkonda, olles sealjuures ka üheks peamiseks Maa atmosfääri kasvuhooneefekti tekitajaks.

Niisiis üritatakse tänapäeval leevendada fossiilsete kütuste kasutamisest tulenevaid tagajärgi, vähendades nende taastumatute kütuste osakaalu energiatarbimises – vastasel juhul seisaksime varsti silmitsi energiapuudusega. On teada, et praeguses mahus söe kasutamisel jagub seda umbes 200 järgnevaks aastaks, mistõttu püütakse neid asendada keskkonnasõbralike energiaallikatega.

Lisaks tarbimise vähendamisele üritatakse tõsta ka ressursside kasutamise efektiivsust, vähendades seeläbi saasteainete emissioone. Emissioonid sõltuvad Oliver Järviku sõnul eelkõige kütuste keemilisest koostisest, kuid ka sellest, kuidas neid kütuseid kasutatakse ehk põletatakse. Emissioonid on erinevad – gaasilised ühendid ja tahked osakesed, lisaks millele tekivad atmosfääris ka aerosoolid.

“Üks viis ressursside/kütuste kasutamisest tingitud tagajärgede vähendamiseks on tõsta ressursside kasutamise efektiivsust – st sama koguse millegi tootmiseks kulutatakse vähem ressursse ja tekib järelikult ka vähem emissioone,” selgitas Järvik. Efektiivsuse tõstmine on seega mõjude vähendamise esimene võimalus.

Samuti saab vähendada fossiilsete kütuste põlemisel tekkivate komponentide mõju, kasutades selleks erinevaid puhastustehnoloogiaid. Energeetika kui ka keemiatööstuse valdkonnas ei ole tänapäeval enam mõeldav toimida ilma vastavate puhastustehnoloogiateta.

“Teoreetiliselt on võimalik saada põlemisprotsessist tulev heitgaas näiteks tahketest osakestest puhtamaks, kui seda on õhk ümbritsevas keskkonnas, kuid alati leitakse kuldne kesktee puhastusprotsessi maksumuse ja regulatsioonide ning seadustega lubatud kontsentratsioonide vahel,” ütles Oliver Järvik.

Kolmas võimalus oleks muuta tehnoloogiat. Ilmeka näite võib tuua Eestist, kus 2000ndatel võeti osaliselt kasutusele põletustehnoloogia, mis kujutas endast teistsuguseid katlaid põlevkivi põletamiseks. Järviku sõnul vähenesid selle tulemusel nii CO2 kui ka SO2 heitmed tänu sellele, et põlemistingimused muutusid.

“Analoogse näite saab tuua ka biomassi põletamise korral: pliidi all puude põletamine on keskkonnale tunduvalt suurem koorem kui sama koguse puidu põletamine koostootmisjaama katlas,” selgitas Järvik. Tagajärgede vähendamiseks võiks aga kasutada ka nimetatud võimaluste kombinatsioone.

Kas fossiilsete kütuste seast leiab ka keskkonnasõbralikemaid energiallikaid? Ehkki õhuemissioonid on otsene mõju, kaasnevad erinevate tehnoloogiatega ka kaudsed mõjud, mida püütakse olelusringi hindamisel samuti arvesse võtta.

“Võib muidugi väita, et tuumakütuse kasutamine on kõige vähem keskkonda saastav. Üldiselt see nii on, kuid veel suhteliselt hiljutised sündmused võivad panna meid ka vastupidiselt mõtlema,” sõnas Järvik, viidates siinkohal Fukushima katastroofile.

Kas CO2 püüdmine aitaks mõjusid vähendada?

Nagu öeldud, on fossiilsete kütuste peamine probleem, et need paiskavad atmosfääri tohututes kogustes süsihappegaasi, tekitades seeläbi suurel hulgal keskkonnaprobleeme. Kuid mis oleks, kui õnnestuks saastavad ained enne atmosfääri jõudmist kinni püüda?

Selleks peaks ehitama vastavad süsihappegaasi sidumise tehased, mille töö tulemusel paraneks oluliselt ka meie elukeskkond. Eriti kuluks selline tehas ära Eestile, kelle energiavarud tulevad ju peamiselt põlevkivist, mille kaevandamine ja põletamine suurel hulgal süsinikdioksiidi õhku paiskab.

Üheks võimalikuks variandiks peetakse CO2 sõna otseses mõttes maa alla matmist. Kõige tuntumaks võib Järviku sõnul siinkohal pidada Sleipneri projekti, kus on CO2 ladustatud juba 20 aastat.

Ühtlasi pakub CO2 kinnipüüdmine ka võimalusi äritegevuseks: kuna kogutud süsihappegaasi annaks kasutada ammendunud naftamaardlates maapõue lõksu jäänud viimase 20% nafta väljapumpamiseks, pakuks see head võimalust CO2 naftariikidele müüa.

Oliver Järviku sõnul ei saa me üle ega ümber energia- ja elektrivajadusest. “Ma arvan, et on kolm olulist materiaalset ressurssi, mis on tänapäeva ühiskonna toimimiseks vajalikud: soojusenergia, elektrienergia ja vesi,” selgitas ta.

“Soojusenergiat on vaja elektri tootmiseks ja ka vastupidi, elektrienergiat on vaja vee tootmiseks ja tarbijani viimiseks. See toobki meid oma usaldusväärse elektritootmise vajalikkuseni. See tähendab sellist elektrit, mille kogus on juhitav ja ei sõltu tuule, päikese, tõusu või mõõna olemasolust. Selleks aga, et täita seejuures ka Euroopa Liidu ees võetud kohustusi, on perspektiivseim kasutatav tehnoloogia põlevkivi elektrijaama suitsugaasidest CO2 püüdmine,” jätkas Järvik.

Biogaas pakub alternatiivi

Erinevalt ülejäänud gaasidest on biogaas taastuv energiaallikas.

Tegelikult võiks biogaasi tootmisprotsessi nimetada omamoodi geniaalseks: nimelt võib seda toota nii prügilas asuva orgaanilise materjali lagundamisest, mille käigus tekkivast metaani sisaldavast gaasist seda omakorda toota, või kääritamise teel, milleks kasutatakse tavaliselt sõnnikut või energiavilju, aga ka näiteks jäätmeid majapidamistest ja tööstusest. Kuna biogaasi tootmisel ei lisandu atmosfääri süsinikdioksiidi, on sellel suur eelis teiste energiaallikate ees.

Biogaasist omakorda saab toota biometaani ehk tehniliselt puhastatud biogaasi. Taastuvatest energiaallikatest võib seda pidada üheks perspektiivikamaks, sest biogaas on võimeline asendama ka fossiilkütuseid transpordivaldkonnas. Niisiis, miks mitte kasutada biokütust, mis mitte ainult ei vähenda jäätmeid, vaid sealjuures ka edendab jäätmekäitlust?

Eestis on hetkel 18 biogaasijaama ning ettevõtteid, kes biogaasi biometaaniks väärindavad, on kaks.

“Biometaani, mis sisaldab kuni 5% lisandeid, on võimalik täiendavalt puhastada, et toota sellest metaani. Metaani saaks kasutada siis omakorda keemiatööstuses orgaanilises sünteesis või ka vesiniku allikana. Eestis metaani aga keemiatööstuse toorainena minu teada ei kasutata. Selles mõttes on biometaani kasutamise võimalusi alahinnatud,” ütles Järvik.

Puidust saab ka mootorikütust

Puidukütus on suurim biokütuse ressurss. Puidukütuse alla kuuluvad muuhulgas need puu osad, mida puidu- ja paberitööstuses kasutada ei saa – näiteks tekib tootmise käigus näiteks palju saepuru ja koort, mida saab kokkupressimise ja töötlemise tulemusel teha graanuliteks ja brikettideks. Selle tulemusel saab metsatööstus jääktooteid vajaliku energia tootmiseks hõlpsalt ära kasutada.

Bioloogilist päritolu materjalist saab toota omakorda etanooli. Mida rohkem on materjalis suhkruid, seda lihtsam see on ning seetõttu kasutatakse etanooli tootmisel ka näiteks maisi. Toiduainetena kasutatavatest toorainetest toodetud transpordikütuseid nimetatakse üldiselt esimese põlvkonna biokütusteks.

“Ühtlasi on olemas nn arenenud biokütused, kus tooraineks on materjal, mida inimene toiduks kasutada ei saa. Nendest toorainetest transpordikütuste tootmiseks on erinevaid võimalusi, ka selliseid, kus esimeseks astmeks on pürolüüs,” selgitas Järvik.

Aga vesinik?

Suure energiasisaldusega keskkonnasõbralik vesinik tõotab tulevikus teaduses ja kütuse tootmisel ilma teha.

Vesinikku saadakse kahel meetodil: kas elektrolüüsi teel veest või teadlaste poolt loodud eriliste bakterite abil, mis veest või väetisest vesinikku ise toodavad. Samuti on võimalik vesinikku toota ka nt metaani ja ka teiste bioloogeliste, aga ka fossiilsete materjalide pürolüüsil ja gaasistamisel.

Praegusel hetkel on vesiniku tootmine veel kallis ning hetkel veel fossiilsetele kütustele konkurentsi ei paku. “Juttu vesinikust on ilus kuulata, kuid vesiniku massilisest tootmisest saame hakata rääkima siis, kui meil on palju elektrit, millega pole muud midagi teha,” põhjendas Järvik.

Keskkonna-, energia- ja keemiatehnoloogia areneb pidevalt

Nagu järeldada võime, on valdkond pidevas muutumises ning just seetõttu tasuks seda eriala ka täpsemalt uurida. TalTechi keskkonna-, energia- ja keemiatehnoloogia bakalaureuseõppekava annab muuhulgas teadmised keemia- ja energiatööstuse ettevõtetes ning ka külgnevates tööstusharudes töötamiseks ning oskused insener-tehniliste probleemide lahendamiseks.

Kuna õppekava sisu on eeskätt suunatud tulevikku, annab eriala õppijale laiapõhjalised teadmised erinevates arengutes orienteeruda.

Ühtlasi on õppekava väga paindlik ning üles ehitatud valikutele, mistõttu ei pea õppimisel tekkinud huvisid piirama. Seega pole vaja õppima asudes kohe teada, milline valdkond sind täpsemalt huvitab – õppeprotsessi käigus on võimalik teha tutvust erinevate suundadega. 

Avalduse TalTechi saab esitada juba praegu läbi sisseastumise infosüsteemi SAIS.

Selles rubriigis vahendame maailma teadusuudiseid, tulevikuvaateid ning oma kõige põnevamaid tegemisi.

Populaarsed lood mujal Geeniuses

Ära jää ilma päeva põnevamatest lugudest

Telli Geeniuse uudiskiri

Saadame sulle igal argipäeval ülevaate olulisematest Geeniuse teemadest.