Allan Niidu: Milline on tuleviku kütuseportfell?

10/11/2020

Allan Niidu TalTechi rakendusliku keemia professor

Alternatiive fossiilsete kütuste asendamiseks on üldjoontes kaks: taastumatud energiaallikad nagu tuumakütus ja taastuvad energiaallikad nagu päike, tuul, lained ning biomass. Fossiilkütused on tänapäeval äärmiselt oluline keemiatööstuse tooraine, millele samuti tuleb tulevikus asendus leida.

Tuumaenergeetikaga kaasneb alati ka radioaktiivsete jäätmete ja saaste probleem, mis ei ole tänaseni päris adekvaatset lahendust leidnud ega oma seetõttu ka ühiskonnas laiemat poolehoidu.

Taastuvate energiaallikate laialdaseks kasutuselevõtuks on tarvis lahendada energiasalvestuse probleem, kuna energiatootmine päikesest ja tuulest ei taga alati nõudlusele vastavat energiavoogu, vaid toodetud energiahulk varieerub suuresti päeva ja aastaaja lõikes. Lahenduseks oleks suure energiatihedusega akud, mida aga paraku pole veel tootmises, kuigi laboritest on juba positiivseid uudiseid kuulda.

Hetkel valikus olevad lahendused on seotud elektrienergia muundamisega mehaaniliseks energiaks (nt vee pumpamine reservuaari, kust see läbi turbiinide allavoolu tagasi juhitakse) või keemiliseks energiaks (nt vesinikuks või metanooliks). Mehaanilisest energiast jääb üksi väheks, kuna see ei asenda vedelkütust, mida keemiatööstus kasutab tooraineks.

Tänapäeval toodetakse vesinikku põhiliselt kahel viisil – metaanist üle sünteesigaasi ja elektrolüüsi teel. Esimene meetod on lihtsalt ülekantav biomassile, kuid teine meetod vajab keerukamaid lahendusi nagu nt päikesepaneelid ja tuulegeneraatorid, et tehnoloogia ei sõltuks fossiilsetest kütustest. Seetõttu on hakatud otsima lihtsamaid lahendusi vesiniku tootmiseks taastuvallikatest  ning väljatöötatud on meetod, mille korral lõhustatakse vesi päikesevalguse toimel hapnikuks ja vesinikuks. Vesinik salvestatakse mahutisse, kust seda saab hiljem kasutada elektri tootmiseks kütuseelemendis. Vesiniku tootmiskulud taastuvatest allikatest on 2,7-6,75 eurot/kg, võrdluseks maagaasist on vesiniku tootmiskulud 0,8-2,9 eurot/kg.

Keemiatööstusele tooraine pakkumisel ning osaliselt ka kütusena kasutamisel on hea potentsiaal metanoolil. Metanooli saab toota biomassist ja jäätmetest, kuid tuleviku seisukohast on eriti perspektiivne hakata seda tootma süsinikdioksiidist (CO2). Siin peituvad erakordsed tuleviku võimalused: kes suudab välja mõelda efektiivse tehnoloogia, see saab ka edu kogu muu maailma ees. Kuna süsinikdioksiidist metanooli tootmine vajab suurt hulka vesinikku, siis on sel otsene seos vesinikumajandusega.

Metanoolil on vesiniku ees mõned eelised,  nt. erinevalt vesinikust ei vaja metanooli kasutamine erakordselt madalaid temperatuure ega ka surveanumaid säilitamiseks. Samuti pole metanooli tule- ja plahvatusohtlikkus kaugeltki võrreldavad vesiniku vastavate omadustega. Tulevikku vaatavalt sõltub metanooli hind peamiselt vesiniku ja süsihappegaasi hinnast.

Soovides vältida fossiilsete kütuste kasutamist tulevikus on inimkond sunnitud leidma uue süsinikuallika. Hetkel pole selleks paremat kandidaati kui CO2. Võimalik on hankida süsinikku ka biomassist, kuid sellisel juhul asub keemia- ja kütusetööstus otseselt konkureerima meie toidulauaga, mis arvestades rahvastikuarvu pidevat kasvu, pole jätkusuutlik. Erisuse võiks teha biojäätmete osas.

Kaasajal kasutatakse biomassi ka vedelkütuste tootmiseks. Põhilisteks vedelkütusteks on etanool ja biodiisel. Tulevikku vaatavalt tuleb leida biokütuste tootmiseks selline tooraine, mis ei konkureeri toiduainete tootmiseks tarviliku põllumaaga. Näiteks on vetikad vägagi huvipakkuvad biokütuste allikad, sest neist saab nii etanooli kui biodiislit toota.

Biokütuseid saab toota ka termokeemiliselt, mille tulemusel saadakse põhiliselt vesinikust ja süsinikmonoksiidist koosnev gaas (sünteesigaas) ning veidike tahket jääki. Saadud gaasist saab toota diislit, mis on parema kvaliteediga kui naftast toodetud diiselkütus. Samuti saab sünteesigaasist toota nii metanooli, etanooli jt alkohole, dimetüüleetrit ning metaani, mis kõik sobivad kütusteks ja keemiatööstuse tooraineteks. Sarnast tehnoloogilist skeemi saab kasutada ka prügis sisalduva orgaanilise osa (biojäätmed, plastid, rehvid, paber jmt) muundamiseks metanooliks, vedelkütusteks või kemikaalideks. Sellega avaneks võimalus kasutada ringmajandust globaalses mastaabis pea kogu tööstusliku tootmise ulatuses. Kui siia lisada ka süsinikdioksiidi kasutamine toormena, siis inimkonnal avaneks esimest korda ajaloos võimalus pelgalt CO2 tekitamise asemel osaleda aktiivselt selle ringluses.

Millised võiksid olla järgmised sammud?

Eesti Statistikaameti andmetel toodeti Eestis 2018. aastal elektrienergiat 12,322 TWh ja soojusenergiat 4,718 TWh (kokku 17,04 TWh energiat). Eurostati andmetel toodeti energiat EL-s 2018. aastal 17 708 TWh, mis tähendab, et Eesti osakaal sellest oli ligikaudu 0,1%. Arvestades EL võrdluses küllaltki väikest energiatootmise osakaalu, siis võiks Eestist saada energiasiirde katselava. Sest investeeringud siinsetesse tootmisvõimsustesse oleksid ühiskonnale talutavad küllaltki lühikeses perspektiivis, eriti EL roheleppe valguses, milline võimaldaks paljudele investeeringutele soodsat kaasrahastust leida.

Eestisse tuleks luua vesiniku tootmise võimekus. Alustada tuleks metanooli või mõne muu sobiva kemikaali tootmisega CO2-st ja/või biojäätmetest, kuna CO2 ja biomass on Eestis ulatuslikult kättesaadavad kasvõi põlevkiviõli- või elektritootmisest ning biomass ka kui metsatööstuse või põllumajanduse kõrvalsaadus. Nimetatud tehnoloogiate piloteerimine (katsetehaste rajamine ja käitamine) ja hiljem täismahus rakendamine peaksid olema nimetatud tegevuse osa. Eelneva valguses on Eestil võimalus astuda uute tehnoloogiate arendamise ja juurutamise esirinda.

Allan Niidu, TalTechi rakendusliku keemia professor

Tuleviku kütustest kirjutatakse lähemalt Arenguseire Keskuse peagi ilmuvas väljaandes „Pikksilm“.