Virumaa kolledži kütuste tehnoloogia teadus- ja katselabori juhataja
TalTechi Virumaa kolledži teadlased said Patendiametilt kasuliku mudeli tunnistuse uudsele pürolüüsimeetodile, mis võimaldab vesinikku toota vanadest pakenditest ja tuulikulabadest.
Mehaaniliseks ringlussevõtuks mittesobivate pakendite ümbertöötlemine on tänapäeval üks teravamaid keskkonnaprobleeme. Erialakeeles nimetatakse selliseid pakendeid komposiitmaterjalideks, mille sekka kuuluvad muuhulgas kommipaberid, kohupiimatoodete pakendid või mahlapakid.
Sellised pakendid koosnevad tavaliselt mitmest erinevast kihist ja materjalist, sealhulgas omavahel kokku liimitud või sulatatud plastikust, fooliumist ja paberist. Kihilisus tagab pakendi tugevuse, pika säilivusaja, tiheduse ja kaitse väliste tegurite eest. Paraku raskendab selline pakendimaterjali koostis pakendite endi ringlussevõttu.
Samavõrd tõsise väljakutse on esitanud tuulegeneraatorite labad. Need on valmistatud tugevdatud komposiitmaterjalidest nagu polümeervaigud, mida on omakorda tugevdatud klaas- või süsinikkiududega. Antud materjalid tagavad konstruktsiooni tugevuse ja vastupidavuse, mistõttu sobivad labad ideaalselt ekstreemsetesse ilmastikutingimustesse. Ent samal põhjusel on tuulikulabade ümbertöötlemist äärmiselt keeruline taaskasutuses rakendada.
Komposiitmaterjalide ümbertöötlemise teeb keeruliseks asjaolu, et igal kihil on erinevad füüsikalis-keemilised omadused. Seetõttu nõuab kihtide eraldamine keerulisi ja kulukaid tehnoloogiaid. Kuigi teoreetiliselt on kihte eraldav töötlemine võimalik, moodustab selline jäätmete ringlussevõtt praktikas vaid väikese osa. Põhjuseks on piiratud taristu ja keerukas tehnoloogia, mis muudab ringlussevõtu enamiku ettevõtete jaoks majanduslikult ebaotstarbekaks.
Tuuleparkide kasvava arvu ja komposiitmaterjalide laialdasema kasutamisega erinevates tööstusharudes omandab nende utiliseerimise probleem üha suurema ulatuse. Tuulegeneraatorite eluiga on tavaliselt 20-25 aastat ning kasutusest eemaldatavate labade hulk kasvab pidevalt ja märkimisväärselt. Eeldatavasti läheb eelseisvatel aastakümnetel kõrvaldamisele kümneid tuhandeid labasid. Pärast eluea lõppu satuvad need reeglina prügimäele, kus need võtavad palju ruumi ning tekitavad pikaajalisi keskkonnariske. Tuulikute labad jäävad keskkonda mõjutama sajanditeks.
Tuulikute labad jäävad keskkonda mõjutama sajanditeks | Foto: Natalia Blauth/Unsplash
Lahendus: vesiniku kaheastmeline tootmine
Tallinna Tehnikaülikooli Virumaa kolledži kütuste tehnoloogia teadus- ja katselaboris on välja töötatud kaheastmeline pürolüüsimeetod. See võimaldab lahendada komposiitmaterjalide, pakendite ja erinevate biojäätmete ringlussevõtmise ees seisvad takistused.
Kaheastmelises pürolüüsis toimub jäätmete termotöötlus, mis võimaldab saada kõrge vesinikusisaldusega sünteesgaasi. Erinevalt klassikalisest pürolüüsist või gaasistamisest on selle meetodi protsess keerulisem. Meetod hõlmab kahte kuumutamise ja lähteaine lagunemise etappi, mis muudavad protsessi erinevate jäätmeliikide töötlemisel efektiivseks.
Kaheastmelise pürolüüsi peamine eelis klassikalise gaasistamise ees on õhu puudumine protsessis. Sedasi hoitakse ära soovimatud kõrvalreaktsioonid nagu oksüdatsioon, minimeeritakse süsinikmonooksiidi (CO) ja süsihappegaasi (CO2) sisaldus sünteesgaasis, ning suudetakse toota oluliselt puhtamat, kõrge vesinikusisaldusega gaasi, mida saab kasutada energeetilistel ja tööstuslikel eesmärkidel, sealhulgas elektritootmises.
Kui toota vesinikusisaldusega gaasist kütuseelementide abil elektrit, võimaldab see tõhustada energeetika efektiivsust. Kuna sellises tootmises ei eraldu praktiliselt kahjulikke heitmeid, omandab see puhastele tehnoloogiatele üleminekul ja fossiilkütustest sõltuvuse vähendamisel väga suure kaalu. Lisaks on vesinik väärtuslik tooraine keemiatööstuses, kus seda kasutatakse näiteks ammoniaagi, metanooli ja väetiste tootmises.
Kasuliku mudeli tunnistus julgustab jätkama
Kütuste tehnoloogia teadus- ja katselaboris läbi viidud uuringud on näidanud, et ühe tonni pakendi- ja komposiitmaterjalide jäätmesegu töötlemisel on võimalik saada umbes 1200 m³ sünteesgaasi, millest 800 m³ on vesinik. Sama koguse tuulegeneraatorlabade töötlemisel saab umbes 350 m³ sünteesgaasi, millest 250 m³ on vesinik. Labade pakenditest madalama sünteesgaasi kogus tuleneb nende koostisest (klaas- ja süsinikkiud ei lagune kuumutamisel).
Edasine uurimistöö uuribki kaheastmelises pürolüüsis tekkiva tahke jäägi kasutusvõimalusi näiteks filtrite või kütuseelementide tootmisel. Järelejäänud klaaskiudu on võimalik lisada näiteks betoonisegudesse, et parandada betooni kvaliteeti ja vähendada teiste täiteainete või armeerivate materjalide osakaalu betoonis.
Patendiamet andis tänavu oktoobris tahke soojuskandjaga orgaaniliste toorainete pürolüüsis toodetava sünteesgaasi meetodile kasuliku mudeli tunnistuse.
Eesti ja Euroopa Liit on loonud toetusmeetme „Ida-Viru ettevõtluse teadmusmahukuse suurendamise toetus: teadusvõimekuse pakkumise arendamine Ida-Virumaal TA-võrgustiku loomiseks“, mille kaudu rahastatakse uuringut mehaaniliseks ringlussevõtuks sobimatute jäätmete rakendamisest keemilises taaskasutusprotsessis.
