Enn Lust laboris FOTO: Margus Ansu

Kuidas me põlevkivita elektrit saame, toad soojad ja mootorid töös hoiame, küsis arvamustoimetaja Marti Aavik akadeemik Enn Lustilt. Tuleb aga välja, et vesinikutehnoloogiatel on maaailma mastaabis hoopis suurem roll uute vähesaastavate tööstuste loomisel. Miks siis Eestis asjad aeglaselt edenevad? „Kaks suurimat takistust on, et riigijuhtidel puudub esiteks tahtmine ja teiseks usaldus,” põrutas akadeemik Lust.

“Kust Eesti elektrit saab? Narva plokke hakatakse kohe-kohe kinni panema. Asi on väga tõsine, aga nemad räägivad ikka mingisugusest kändude põletamisest.“ Olime sattunud ühel pimedal ja tuulisel sügisõhtul pidulikus söögilauas kõrvuti istuma. Tuba oli soe, kõned üllad ja menüü imehea. Selle hetke tegelikkus oli teravas kontrastis kujutluspildiga tuulevaiksest 30-kraadise külmaga jaanuariööst – ühest Eesti energiaturvalisuse (mitte ainult mõttelisest) proovikivist.

Eesti kõrgtehnoloogilise tootmise suurim häda on aga see, et meie riigijuhid ei usalda ega usu, et siin üldse saab midagi välja tulla.

Järgmisel päeval pidi riigikogu arutama Eesti energeetika tuleviku üle ja seal kõlasidki „põxitid“ (~ põlevkivist elektri keetmisest loobumine) ning muud vahvad sõnad. Selge, et Eesti süsinikujalajälg on suur just põlevkivienergeetika tõttu. Siiski tahaks vist ka kõige radikaalsem põxitlane olla paukuva pakasega talveööl soojas kambris. Jalgu trampiv aktivism on ka omamoodi tore (inimestel on süda õiges kohas), ent praktilisi probleeme lahendavad pigem ikka uued tehnoloogiad kui plagiaadiga vahele jäänud poliitikute sõnavaht.

Mõistuspärane on küsida, mis võiks asemele tulla. Kui kaugel on just Eestile kohaste tehnoloogiate arendamine ning kas ja mis takistab piltlikult öeldes uue kaevu ehitamist („ära vanasse kaevu enne sülita, kui uus valmis on“)? Nende küsimustega läksin üle-eelmisel nädalal külla Tartu Ülikooli keemiainstituudi direktorile akadeemik Enn Lustile ja tema kolleegidele.

Mis takistab? Mul on idealistlik kujutlus, et nii Eesti poliitikud kui (teadus)ametnikud peaksid tegema absoluutselt kõik endast sõltuva, et teadlased saaksid keskenduda sellele, millega me ülejäänud sama hästi hakkama ei saa – uute teadmiste loomisele. Enn Lust ja teadur Silver Sepp näitasid meile laboriliini, mille oleks saanud (!) kokku panna… mitu korda kiiremini.

Printer, millega tehakse katalüsaatoreid.

FOTO: Margus Ansu

Normaalne eraettevõtja, kui tal on siht silme ees, oleks saatnud kellegi rahakotiga Saksamaale või kuhu tahes, ja öelnud, et meil on vaja sellist ja sellist liini nende ja nende töökindlate osadega – palun tule kähku juppidega tagasi, et saaksime tööle hakata. Kiire on! Äkki konkurent jõuab ette ja hakkab hoopis ise Rönne krundil kulda kaevama!

Enn Lust osutab, et sakslastel on riigihanke piir eurodes kümme korda suurem kui Eestis. Lääne-Euroopa laboriseadmete tegijad ei saa arugi, miks nad peaksid nii väikeste ostude jaoks pakkide viisi dokumente esitama. Meil, Eesti poliitikutel ja ametnikel, töötab aga mõte autobaasi tasemel ja suurusjärkudes.

Enn Lust ja Silver Sepp

FOTO: Margus Ansu

Kuulasin, suu imestusest lahti, lugu sellest, et riigihankel „parima“ (st kõige odavama) pakkumise teinud ettevõte saatis Tartusse täppisseadme. Alguses see töötas, aga paar nädalat hiljem ei kõssanudki. Tartlased võtsid selle juppideks lahti ja nägid, et teisel pool maakera oli töömehel kruviauku tehes puur pooleks läinud ja see katkine puur oligi kruvi asemel masinasse jäetud.

 Mida aega raiskavad reeglid meie kõigi jaoks tähendavad? Oletagem, et üks hüpoteetiline tartlane loeb huvitavat tööd ja märkab selles põnevat „auku“, mida saaks nutikalt parandada. (Paneme juurde veel oletuse, et see parandus võiks võib-olla teha lihtsalt huvitavast küsimusest midagi, millele saaks mõni aasta hiljem üles ehitada tööstuse ja töökohad.) Tartlane tahaks proovida, kas ta idee töötab. Siis aga teevad autobaasi mastaapidest ja mõtteviisist lähtuvad riigihanke reeglid võimatuks panna mõistliku ajaga kokku vajalikud katseseadmed – isegi kui raha on selleks justkui eraldatud.

 Enn Lust ja Silver Sepp

FOTO: Margus Ansu

Uudiseid lugedes on mulle jäänud silma kaks Eestist alguse saanud kõrgtehnoloogilise tootmise edulugu. Üks neist on superkondensaatorite tootmisega tegelev Skeleton, mille tootmisüksust rajatakse paraku Saksamaale. Teine on kütuseelementide tootja Elcogen, mille tootmisest toimub osa Eestis. Mõlema mõtteviisi ja tehnoloogilise alguse juures on olnud akadeemik Enn Lust koos oma kaastöötajatega.

Kas vesinikutehnoloogia on eelkõige energia salvestamise viis – patareide konkurent – või veel midagi muud ka?

Vesinikutehnoloogia on terve pundar kaasaegseid tööstuslikke lahendusi – potentsiaalne neljas teaduslik-tehniline revolutsioon.

Tavaliselt esitletakse vesinikku kui energiasalvestit transpordi jaoks. Ja vesinikku saabki väga hästi rakendada nii autode, rongide, laevade kui lennukite jaoks. Transpordile keskendub umbes veerand kõigist vesinikutehnoloogia arendustest.

Lisaks sellele on vesinikutehnoloogia abil võimalik luua uus vähesaastav tööstus. Praegu emiteerb terasetööstus umbes 10 protsenti kogu inimtekkelisest süsihappegaasist (CO2). Juba on tehtud edukaid katseid asendada terasetööstuses süsinik, mille reageerimisel raudoksiididga tekib CO2 ja vingugaas (CO).

Teine suur valdkond on loodusliku gaasi ja biogaasi väärindamine vesinikuga. Näiteks Saksamaal on bigaasi tootmisjaamade arv loendatav kümnetes tuhandetes. Selles on 50-65 protsenti metaani, 30 protsenti CO2 ja ülejäänud on igasugused lisandid. CO2 saab metanogeensete bakteritega muuta metaaniks – katsejaamades on saadud kätte gaas, millest 95 protsenti on metaan. Näiteks suhteliselt viletsa kütteväärtusega Põhja-mere gaasile saab lisada kuni 5 protsenti vesinikku.

Ka haruldased muldmetallid tantaan ja niiobium on lihtsasti toodetavad vesiniku atmosfääris.

Kütuseelemendi süda. Süsinikust ruuduke on palja silmaga vaadates sile ja läikiv, ent mikroskoobi all meenutab pesukäsna – katalüsaatori pind peab olema võimalikult suur.

FOTO: Margus Ansu

Viies valdkond on tsemenditööstus, mis praegu emiteerib 15-17 protsenti kogu inimtekkelisest süsihappegaasist. Soojuse tootmiseks kasutatakse seal praegu saastavaid vedelkütuseid ja looduslikku gaasi, mida saab asendada vesinikuga.

Need on kõige suurema mõjuga tööstused. Lisaks on veel igasugused plastide sünteesid, mida on võimalik teha vesinikuga.

On veel üks esmapilgul üllatav asi. Arvutades energiatootmise kogu tsükli mõju tuleb välja, et hüdroenergia süsinikujalajälg on osades kohtades (eelkõige troopikas) üle kahe korra suurem kui söe põletamisel. Kuni me hüdrojaama paisjärve tühjaks ei lase, on kõik korras. Niipea, kui mingitel põhjustel on vaja paisjärv tühjaks lasta või veetaset alandada, ei ole aga asjad enam üldse hästi. Paisjärve põhja on kogunenud tohutult orgaanilist setet, mis hakkab õhuga kokku puutudes lagunema ja suures koguses metaani ja süsihappegaasi tootma. Kasvuhoonegaasina on metaan sada korda ohtlikum kui CO2 ise. See on vaja kokku koguda ja väärindada.

Kütuseelement laboris

Margus Ansu

Kuidas kogumine käib?

Näiteks Kanadas tehakse katseid. Turbaaladele ja igikeltsa sulamisaladele on pandud 200×200 meetrised kilest kogumilehtrid.

Kasvuhoonegaasid tekkivad looduslikult ja ka inimeste tegevuse tulemusena. Transport rikub looduslikku tasakaalu lokaalselt, suurlinnades. Seega on vesinikul põhinevat transporti vaja selleks, et linnades oleks elukeskkond puhtam. Tööstus – teras, tsement ja gaaside väärindamine – on aga globaalse mõjuga, mille arvelt on võimalik inimtekkeliste kasvuhoonegaaside emissiooni vähendada vähemalt 50-60 protsendi võrra.

Lugesin, et praegu toodetakse vaid neli protsenti vesinikust veest ja absoluutne enamik looduslikust gaasist. Miks nii?

Praegu tekib loodusliku gaasi põletamisel sisepõlemismootorites paratamatult lämmastikoksiide. Kui sa teed aga metaanist vesinikku, siis saad kätte väga puhta energiakandja ja CO2, mis omakorda on kasutatav polümeeride sünteesiks ja muu keemiatööstuse tooraineks. Suur eelis ongi CO2 kokkukogumises, mida praegu kahjuks veel massiliselt ei tehta, sest maksud ja reeglid ei sunni selleks.
Tööstus – teras, tsement ja gaaside väärindamine – on globaalse mõjuga, mille arvelt on võimalik inimtekkeliste kasvuhoonegaaside emissiooni vähendada vähemalt 50–60 protsendi võrra.
Veest elektorlüüsi abil vesiniku tootmise osakaal aga kasvab seetõttu, et see on üks ülisuurt mahtu võimaldavatest päikese- ja tuuleenergia taskaalustamise tehnoloogiatest. On ka teisi. Näiteks võib toota ülekuumendatud õhku, mida pumbatakse maa alla poorsetesse struktuuridesse, kus sellised on olemas – näiteks ülisuured karstialad Arizonas USAs.Vesinikku tootvate elektrolüüserite suur eelis on aga see, et see on ainukene meetod, millega saab tasakaalustada energiatootmist meretuuleparkides. Standartselt toodetakse 2,3 megavatiseid elektrolüüsereid, on olemas 20 megavatised ja on tehtud katseid luua ka 200 megavatiseid.

·        Mis siis takistab nende võidukäiku?

Hind. Kõige odavam on muidugi elektrit tarbida otse. Järgmine tehnoloogia on patareid ja superkondensaatorid. Elektrolüüserid tulevad aga mängu just mere tuuleparkides. Massachusettsi osariigis USAs, kus on stabiilsed tuuletingimused, pannakse kokku tuuleparke, kus toodetud vesiniku hind on juba võrdne looduslikust gaasist toodetuga. 

See võiks olla lahendus ka Eestis?

Jah. Tuulisel ajal toodad elektrienergiat rohkem kui võrk suudab ära tarbida, ehitad välja elektrolüüserite pargi ja teed vesinikku. Praegu töötatakse välja sedameid, mis elektrienergia sissejuhtimisel töötavad elektrolüüserina, aga tuulebvaiksel ajal saad selle teistpidi käima panna – vesinikku ja hapnikku seadmesse tagasi juhtides toota elektrit. Selliseid katseid teeme ka meie – nii tahkeoksiid kütuseelemendid elektrolüüserid kui polümeerelektrolüüt kütuseelemendid on põhimõtteliselt pöörduvate protsessidega. Tartu Ülikooliga koostöös alustanud Elcogen AS teeb näiteks Euroopa kõige kõrgema võimsustihedusega ja energiaefektiivsemaid kütuseelemente – süsteemi ühe ruutsentimeetri kohta toodavad nende seadmed kõige rohkem energiat. Nad juba müüvad oma sedameid n.ö tavakasutusse.

Enn Lust ja Silver Sepp

FOTO: Margus Ansu

Kütuseelementide üks eelis on veel see, et väikestest moodulitest saad kokku klopsida täpselt vajalikke tootmisvõimsusi – sõiduauto või eramaja tarbimisest kuni hiiglaslike tööstuslike lahendusteni.

Meretuuleparkide jaoks on Eestis kõige paremad kohad loomulikult Hiiu madalad, Kihnu ja Ruhnu vaheline ala ning mingil määral ka Tootsi suursoo.

Kõige odavamat elektrit saadaksegi praegu praegu maailmas mere tuuleparkidest. Ühe agregaadi võimsus on juba 14,6 megavatti (s.t 25 tuuliku võimsus on sama suur kui Auvere elektrijaamal toim). Vesinikku ongi kõige odavam toota otse merel. Tuulikutornides on keskel lift, ülejäänud torniputke saab täis laduda elektrolüüsereid. USAs on saadud nii vesiniku hinnaks alla 1 dollari kilogrammi eest. Vesinik pumbatakse laeva ja veetakse sinna, kus seda vaja on.

Mis sellest tootmisest tehnoloogiliselt veel puudu on? Miks selline tootmisahel juba ei tööta ja turgu ei valitse?

Esiteks on mere tuuleparkidega tegeletud veel suhteliselt vähe aega – tõsisemalt umbes 20 aastat. Alguses tehti neid katseliselt. Teiseks on puudus odavast elektrolüüsi tehnoloogiast. Sellise leiutamisega tegeleme meie siin Tartu Ülikooli keemiainstituudis ja sellega tegeletakse üle maailma.

Hind on kallis, sest katalüsaatoris kasutatakse plaatinat, mis maksab üle 800 dollari untsi (28 g) eest?

Üldiselt jah ja teisel poolel on iriidiumi oksiid. Kahe gigavatise tootmisvõimsuse jaoks kulub neid umbes 100 kilogrammi, ainult. Need ained ei kao seadmetest kusagile. Umbes 20-30 aasta pärast on vaja seadmeid uuesti aktiveerida, aga selle käigus saadakse kogu plaatina seadmest uuesti kätte.

Plaatinale on vaja leida asendus selleks, et viia alla seadme alghind – investeering nendesse?

Jah. Plaatina hind on umbes ¼ kütuseelementide süsteemi koguhinnast. Ülejäänu hinnast moodustavad muud komponendid, kompressorid ja teised seadmed. Häda on selles, et alguses tegelesid kõik, elektrokeemikud veel eriti, kütuseelemendi poole parandamisega ja abiseadmete tehnoloogiline revolutsioon on läbi viimata. Nüüd tegeletakse sellega uue hooga. Alles mõni päev tagasi tuli teade, et USAs on antud 80 miljonit dollarit täiendavat raha vesiniku kompressorite uurimiseks ja arendamiseks.

Kui tuulepark on pulseeriva tuule tingimustes, siis on praegu vaja ülikiire toimega plaatina ja iriidiumiga töötavat katalüüserit. Kui tuulepark on aga stabiilse tuule tingimustes, siis saab kenasti kasutada ka juba 30 aastat lollikindlalt töötavaid kaaliumhüdroksiidi elektrolüüsereid, mis on palju odavamad. Tehnoloogilisi võimalusi on palju.

Lugesin ühte artiklit, kus väideti kindlas kõneviisis, et patareid on lõplikult võitnud vesinikutehnoloogia.

See ei ole õige. Euroopa suurlinnade autodele mõeldes võibki patareitehnoloogia kohane olla. Probleem tekib aga piirkondades, kus on vaja päeva jooksul läbi sõita rohkem kui 200 kilomeetrit. Ainult ülikallis Tesla mudel sõidab 500 kilomeetrit ja kui sa tahad selle sama autoga sõita linnavahel, siis kulutad väga palju energiat lihtsalt selleks, et raskeid patareisid kaasa vedada. Seal, kus vahemaad on suured – näiteks Saksamaal – tehakse vesiniku tankimise jaamu. 2016. a oli neid 46 ja 2023. aastaks ehitavad nad neid juba 100. Ühes tanklas võib olla kuni 30 tankimiskohta. Rehkendus on väga lihtne: 1 kilogrammi vesinikuga saab läbi sõita 80-120 miili ehk maksimaalselt 180 kilomeetrit.

Millise osaga vesinikutehnoloogia arendamisest teie Tartu Ülikooli keemiainstituudis tegelete?

Näiteks otsime, millised ained on kütuseelementide membraanil katalüütiliselt kõige aktiivsemad. Katsetame plaatinaga aktiveeritud süsinikke, nikliga aktiveeritud süsinikke jne. Arendame polümeerelektrolüüt kütuseelemente. Oleme teinud täiesti plaatinavabu süsteeme. Tükk aega tegelesime keraamiliste struktuuridega.

Pealekauba tegeleme superkondensaatoritega. Skeleton on välja kasvanud Tartu Ülikoolist. Praegu tegutsev ettevõte Skeleton on ärilises mõttes neljas või viies tuletis 1997. aastal siin Tartus alanud superkondensaatorite projektist.

Kas Eesti riik peaks võtma suuna vesinikuenergeetikale?

Eesti küll ühines Euroopa Liidu vesiniku ühisinitsiatiiviga eelmise aasta septembri, aga sellest vaikitakse kui haud.

Eesti mängib ikka lolli ja üritab oma põlevkivi tossutamisega kuskile edasi jõuda. Peetakse läbirääkimisi täiendava CO2 kvoodi saamiseks jne. See, mida ma ennustasin, et oluline osa põlevkiviplokke pannakse kinni ongi juhtumas. Nüüd oleme olukorras, kus Eesti ei ole õigeaegselt teinud ettevalmistusi kas uute jaamade ehitamiseks või tuuleparkide ehitamiseks ja nende stabiliseerimiseks. Elektrihind on saavutanud enneolematu taseme.

Kui me lükkame tegevusi edasi, siis lõppkokkuvõttes lõikame kõvasti näppu.

Mis takistab teil juba saadud patente tööstuslahendusteks arendada?

Vaja on teha investeeringud selleks, et me saaksime toota enam mitte käte vahel, vaid pooltööstuslikult partii katseeksemplare. Mitte üks võik kaks, vaid sada tükki. Kui ma räägin General Motorsiga, siis nad ütlevad, et jah, teie katalüsaatori materjalid on väga head, tehke meile seda materjali 100 kilogrammi, me tahame testida. Meil puuduvad selleks aga võimalused. Me töötame grammidega. Meile piisab poolest grammist, et teha 1-2 kilovatine kütuseelement.

Puudu on vahepealne tase, vahelüli teadusliku labori ja tööstusliku tootmise vahel?

Jah ja see on Eestis puudu kõigi materjali- ja seadmearenduste mõttes. Mitte ainult meil keemiainstituudis, vaid ka igal pool mujal.

Miks eraettevõtjad siis ei investeeri tehnoloogiaarenduseks vajalikku n-ö vahepealse mastaabi tootmisse?

Näiteks Saksa autotööstus arvestas välja, et selleks, et hakata automaatliinil tootma superkondensaatoreid, peab investeerima umbes 180 miljonit eurot. Eesti pole riiklikul tasemel võimeline andma sellist garantiid ja pole ka võtta nii suure rahakotiga erainvestoreid. Kui aga pangagarantii annab Saksa riik, siis tingimus on, et tootmine olgu Saksamaa territooriumil.

Eesti riigi ettevõtlust toetav asutus aga ütleb, et te olete juba mõned miljonid saanud, minge siit nüüd ära ja meie anname raha järgmistele projektidele.

Kõlab nii, et tehakse palju poolikuid asju, selle asemel, et minna mingi tehnoloogiaarendusega lõpuni, kuni sellest saaks töökohti andev tootmine Eestis.

Just nimelt. Eesti ei suuda valida. Alati heidetakse meile ninapeale, et vaadake, mingid vennad teevad 10 000 euroga IT firma ja müüvad 100 miljoniga maha. Teie aga räägite meile siin 100 miljoni investeerimisest tehnoloogia arendamisse. Kahjuks oleme sunnitud kogu aeg tõdema, et ülikool ei ole see koht, millest teha väike- ja katsetootmise ettevõte. Ülikool ise ei investeeri tootmisse.

Anne Sulling pakkus sama probleemi lahendamiseks näiteks välja rakendusuuringute ja tootearenduse keskuse loomise. Kas peate silmas midagi sellist?

See võiks olla, kui eelarvet korrutada kümne või viiekümnega. Kui keegi tahab teha tehnoloogia arenduskeskust 10-15 miljoni euroga, kus on veel viis või rohkem erinevat suunda, siis ei vea jälle välja. Et mastaapidest aru saada, siis meie oleme ise ainuüksi siia keemiainstituuti, seadmetesse investeerinud umbes 15 miljonit eurot.

Piltlikustan. Olete laboris välja töötanud tehnoloogiad, millesse te ise usute. Aga teil on vaja vahepealse mastaabiga tootmist selleks, et veenda ka neid, kes ei usu pelgalt üksikute katseseadmete nägemise peale, et need asjad töötavad. Vahepealse mastaabiga tootmine peaks siis tekitama usalduse?

Jah. Saaks üles panna näiteks süsiniku sünteesi reaktorid. Praegu teeme kõrgtehnoloogilistes seadmete jaoks süsinikku 200 grammist Eesti turbast. Vaja oleks aga sellist vahepealset tootmist, kus saab sama teha kümnete või sada kilode kaupa. Kui oleks vahelüli, kes maksaks mastaabi pooltööstuslikuks muutmise kinni, siis saaks edasi juba autööstustega tõsiselt rääkida.

Teistes riikides on siis selline süsteem olemas?

Jah. On fondid, kust saad taotleda toetust fundamentaalaparatuurile ja ka scale-up tootmise jaoks.

Eesti kõrgtehnoloogilise tootmise suurim häda on aga see, et meie riigijuhid ei usalda ega usu, et siin üldse saab midagi välja tulla. Kaks kõige suuremat takistust ongi, et riigijuhtidel puudub esiteks tahtmine ja teiseks usaldus.

Nagu ei tahetagi välja tulla põlevkivi tossutamise ja õlitootmise ainudiktaadist. Ma ei ole nende vastane, teatud ajaks peavad nad muidugi jääma, sest Eestil pole muidu kusagilt mujalt elektrit võtta. Aga auk, mis nüüd tuleb on nii suur, et seda oleks ammu pidanud siluma uute tuuleparkide ja ülekandeliinidega. Meil jäävad hanked rumalalt ja ebakompetentselt tehtud hindamiste taha.

Allikas: Postimes

Foto: Avalik

veebruar 17th, 2019|

About the Author:

Tuuletehnoloogia Liidu tegevjuht