Vesinikuenergeetika – kas Eesti jõuab veel rongile?
Vesiniku temaatika on aktuaalne ja oluline nii Euroopa Liidu kui ka Eesti jaoks. Kuidas me saavutaksime 100% kliimaneutraalse Eesti aastaks 2050? Kuidas saaksime täielikult üle minna taastuvenergeetikale ja suunata taastuvenergeetika tootmisesse ning transporti?
Reedel, 11. oktoobril toimus Tartu Ülikooli keemia instituudis kolmas vesinikutehnoloogiaid tutvustav teabepäev. Ettekanded tegid Ove Oll teemal “Vesiniku roll kaasaegses tehnoloogias”, Ain Laidoja „Vesinikutehnoloogia arendamine Euroopas”, Rasmus Palm “Vesiniku efektiivse salvestamise võimalused” ja Rait Kanarbik ”Taastuvenergia kompleksi arendamine Chemicumis”. Lisaks oli kohale kutsutud ka Eestis vesiniku jõul liikuvate droonide arendaja Marek Alliksoo koos näidisdrooniga firmast Skycorp.
Kliima on meie jaoks oluline, sest meie kliimavöötmes on muutused palju suuremad kui mujal maailmas. Kuna me kliimamuutusi osaliselt ise põhjustame, siis peame leidma ka lahendused, mis neid enam ei tekitaks. Lisaks suureneb maailmas üha tarbimine ja taastuvenergia lahendused ei ole veel praegu suutnud teha sellist arenguhüpet, et kasvava tarbimisega ühte sammu astuda. Küsimus pole ainult kliimas vaid ka meie elukeskkonnas - kõigi jaoks on tervis väga oluline. Kui meil tekib põlevkivi põletamisel või sisepõlemismootorites palju toksilisi gaase ja nanoosakesi, siis on see reaalne oht tervisele. Tuleb leida lahendus, kuidas saaksime linnakeskkonnas vältida igasuguseid toksilisi osakesi ja gaase, et meie tervis oleks parem. Sellega saavutatakse ka arvestatav säästmine, kuna me ei pea enam nii palju kulutama tervishoiusüsteemile.
Eesti on CO2 ekvivalendi (14,5 tonni aastas ühe elaniku kohta) tootmise osas riikide järjestuses kohe suurte naftatootjate riikide järel. Enamikel riikidel satub CO2 õhku tootmisest, väiksem osa transpordist ja energia tootmisest. Eestis on tööstust vähe ja suur osa CO2 tekib just põlevkivist elektrienergia tootmisel. Kui me põlevkivi kasutamise elektrienergia tootmiseks saaksime asendada taastuvenergiate kasutuselevõtuga, siis me astuksime suure sammu puhtama keskkonna poole.
Lühikeses perspektiivis otsitakse võimalusi, kuidas me saaksime toodetavat CO2 siduda, näiteks sellest uut kütust või kemikaale toota. Eesti Energia pöördus just sellise sooviga keemia instituuti, et töötada välja CO2 ringmajanduse tehnoloogia. See on kõige lihtsam lahendus, üks aste, aga meil on vaja sellest kaugemale liikuda.
Alternatiiviks põlevkivienergeetikale on tuuleenergia, mis on juba praegu kõige odavam elektrienergia tootmise viis kui tuulegeneraatorid on õigesti projekteeritud ja ehitatud. Tuuleelekter on paljudes maailma kohtades juba praegu odavam kui gaasiturbiinides toodetav elektrienergia ja see on tõesti puhas. Kõige uuemad tuulegeneraatorid Ameerika Ühendriikide idarannikul toodavad elektrit 7 dollarit megavattunni kohta.
Üle maailma on tuuleenergia kasutuselevõtu arengud väga kiired. Kõige suuremad tuuleenergia pargid on Hiinas, Indias ja Ameerika Ühendriikides. Suurbritannia rannikule ehitatakse Euroopa suurimat avamere tuuleparki. 300 m kõrguse mastiga 7 megavatise tuulegeneraatori tiiviku üks ring varustab elektrienergiaga ühe kodu terveks päevaks.
Eesti olukord tuuleenergia arengus oli kuni 2013. aastani päris kiire, hiljem toimus väga oluline pidurdus või isegi paigalseis. Probleemsed olukorrad, eriti Hiiumaal ja Ida-Virumaal, vajavad kiiret lahendamist sest uute karjääride/kaevanduste rajamine Ida-ja Lääne-Virumaale põhjustab veelgi süvenevat looduskatastroofi nimetatud Eesti piirkondades. Me peaksime nendest valupunktidest üle saama ja maailma energeetikaarengutega sammu pidama.
Kuna tuule ja päikeseenergia ei ole hästi juhitavad, siis peavad need olema integreeritud salvestusvõimalustega. See tähendab, et kui keegi kavatseb suure tuulepargi ehitada, peaks olema kohustus vähemalt 5–10% maksimumvõimsusest salvestada. Muidu peab see suur park liialt toetuma nii riigi kui regiooni elektrisüsteemidele, mis läheb võrguhalduritele väga kalliks. Süsteemide vahel peab olema lühiajaline energia salvestusvõimalus, piisavalt suuremahuline puhver kaasates salvestusse nii akud kui ka elektrolüüserid, kus tuulepargi genereeritud alalisvooluga toodetakse vesinikku, mida saab kütusena kasutada mujal, nii tööstuses kui ka transpordis. On teatud kohad nii põhja kui ka lõunapoolkeral, kus puhuvad väga tugevad ning stabiilsed tuuled ja seal tasuks kaaluda suurte tuuleparkide ehitamist , kus elektrienergia muundataks kohe vesinikuks.
Eesti liitus Euroopa Liidu vesiniku initsiatiiviga, loodetavasti tuleb selle jätkuks ka sisulisi tegevusi. Me kõik väga loodame, et saaksid valmis vesinikkütuse tanklad ning Eestis saaks astuda otsustava sammu vesiniktranspordi kasutuselevõtuks nii maanteel kui ka raudteel. Vesiniku kasutamine raudteel hoiaks ära väga suured kulutused, mida plaanitakse teha raudtee elektrifitseerimiseks.
Vesiniku tootmine ja salvestamine on väga oluline, kuna tuul alati ei puhu ja päike ei paista öösel, kuid me saaksime kasutada tuult ja päikest vesiniku tootmiseks ajal kui neid on külluslikult ja kasutada vesinikku siis, kui meil vaja suunata energiatarbimist - näiteks kasutades vesinikku teistes valdkondades. Tsemendi tootmisel, kus on väga palju soojusenergiat vaja, aga ka ammoniaagi ja metallide (teras, alumiinium) tootmisel ning meretranspordis. Metallide tootmine toodab palju CO2 ja vesinik on üheks vahendiks, mis võimaldaks nendel valdkondadel muutuda süsinikneutraalseks.
Vesinikutehnoloogiad on juba olemas, me ei pea midagi radikaalselt uut leiutama. Osa vesinikutehnoloogiaid on praegu pisut kallimad kui me tahaks, sest neid ei ole veel laialdaselt kommertsialiseeritud. Kui me hakkame neid rohkem kasutama, siis alanevad hinnad eksponentsiaalselt, nagu näitab maailma kogemus uute tehnoloogiate kasutuselevõtu baasil. Hinnalangus on tõenäoliselt samasugune nagu me oleme näinud päikesepaneelide ja tuuleenergia puhul. Selle põhjal me saame ennustada, et ka vesinikutehnoloogiate hind langeb peagi. Näiteks Saksamaa jaoks on vesinik prioriteet ja seal on juba olemas 349 vesiniku tankimise jaama. Ka Eestis võiks plaanitud ühe tankimisjaama asemel ehitada 7-8 jaama järgneva 1-3 aasta jooksul.
Teadlastena peame me arvestama piiratud ressurssidega, sest maakeral on piiratud hulk teatud nn tehnoloogiakriitilisi materjale. Me peame nende üle väga täpset arvet pidama ja kaaluma, millest mida teha ja mis materjale kasutada, kui me tahame jõuda laialt kasutatavate rakendusteni. Uutes tehnoloogiates tuleks kasutusele võtta meie jaoks mittekriitilisi materjale ja püüda oma uuringutes nendele keskenduda.
2019.a. Nobeli preemia keemias anti Li-ioon aku loojatele. Liitiumi tehnoloogiline ressurss maakeral on piiratud. Samuti ka koobalti, mida kasutatakse nendes akudes katoodides. Tartu Ülikooli keemia instituudis arendatakse naatriumioon akut, sest naatriumi tekib kloori tootmisel elektrolüüsi kõrvalsaadusena väga palju ning ka katoodidele on teised nõuded. Negatiivse elektroodi materjaliks kasutame süsinikku, nn biomaterjali, mis on toodetud Eesti turbast. Väärindame seda tuhandetes kordades ja saame väga väärtusliku materjali Na-ioonaku negatiivse elektroodi jaoks. Turbast saab väga häid materjale nii superkondensaatorite kui ka teiste energiatehnoloogia seadmete jaoks. Turvas on väga hea tooraine ja me loodame, et see on üks tulevikumaterjalide lähteaine.
Muud aktuaalsed uurimistöö suunad akutehnoloogias on seotud uute elektrolüütide kasutuselevõtmisega. Me läheme üle tahkete elektrolüütite kasutamisele, või lisame elektrolüüdile ioonseid vedelikke 30–40%, mis annab meile võimaluse saavutada olukord, kus patarei elektrolüüt ei põle. Isegi siis, kui aku üle kuumeneb ei sütti see põlema. See tehnoloogia on juba praegu osaliselt mõnedes süsteemides kasutusele võetud.
Ain Laidoja Eesti Vesinikutehnoloogiate ühingust tegi kiire ülevaate vesinikutehnoloogiate arengust Eestis. „Eelmisel aastal ütlesime – tere tulemast vesinik“, ütles Ain Laidoja, „sel aastal tegime valitsusele juba 18 erinevat ettepanekut vesiniku kasutamiseks Eestis,“ lisas ta.
Kõigepealt tuleb kaardistada, kus seda vesinikku vaja läheb ja kust see tulla võiks. Teiseks tuleb välja arvutada, mis see kõik meile maksma läheb. Mitu eurot 1 tonni CO2 vältimine maksma läheb? See on üks mõõdik, millega me saame võrrelda erinevaid tehnoloogiaid.
Samuti peame üle vaatama Eesti energiamajanduskava, sest tuuleenergia võimsus on seal alahinnatud. Kõige suurem kasv peaks olema tuuleenergias, energiatõhususe kasvatamine peaks olema märksõnaks.
Rasmus Palm rääkis vesiniku efektiivse salvestamise võimalustest tehnoloogilises võtmes, millega keemia instituudis tegeletakse ja kuidas neid probleeme püütakse lahendada. Vesiniku energeetika alguspunkt on see, et meil tuleb taastuvenergiaallikast elekter ning kõik elekter, mis üle jääb, salvestatakse elektrolüüsi teel saadud vesinikuna kas ühel või teisel viisil. Vesinikku võib hoiustada veeldatud kujul, kuid siis peab arvestama, et 25% energiat kulub hoiustamisele. Ideaalne oleks salvestada vesinikku tahkes faasis, kuid seda saab teha rakendustes, kus ruumala on tähtis, aga mass pole tähtis.
Rait Kanarbik, projekti eestvedaja ja arendaja Chemicumis, rääkis plaanidest valmis ehitada taastuvenergia demokompleks, kus on võimalik katsetada millised päikesepatareid on sobilikud Eesti kliima jaoks, kuidas efektiivselt elektrienergiast vesinikku toota ning kuidas arendatavaid Na-ioon akusid integreerida.
Marek Alliksoo tutvustas vesinikku kütusena kasutava drooni eeliseid akudega lendavate droonide ees. Esimese asjana paraneb lennuaja pikkus. Tavadroonid võivad õhus püsida kuni 20 minutit, siis tuleb neil akud ära vahetada või laadida, aga vesinik kütuselemendiga droon võib lennata kuni 2 tundi. Lisaks on plussideks veel kiire tankimine, müra ja vibratsiooni puudumine, keskkonnasõbralikkus, pikk eluiga ja ühtlane energia eralduvus. Miinuste poole pealt on lennukõrguse maksimum 3000 m, lisaks veel uue tehnoloogia hind. Kindlasti tuleb arvestada ka vesiniku käitlemise ohutusreeglitega.
Teabepäeval osales rohkelt huvilisi nii ülikooli seest kui ka väljastpoolt ning selle korraldasid Tartu Ülikooli keemia instituut ja Eesti Vesinikutehnoloogiate Ühing.
Lisainfo: Enn Lust, TÜ keemia instituudi direktor, füüsikalise keemia professor, Eesti Vesinikutehnoloogiate ühingu esimees, 737 5165, 511 2030, enn.lust@ut.ee