Põlevkivituha võime siduda süsihappegaasi mattub tuhamäkke
Üks võimalus põlevikivitööstuse süsinikuheitmete vähendamiseks ning Pariisi kliimaleppe edukamaks täitmiseks on CO2 tagasisidumine põlevkivi tuhaga, mis muidu ladestatakse elektrijaamade juures hiiglaslikes tuhaplatoodes. Kas ja kui tõhusalt seotakse tuhaplatoode setetes CO2-te, uuris Tartu Ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudi geoloog Kristjan Leben oma doktoritöös.
"Koostisest tulenevalt seob põlevkivituhk märkimisväärselt CO2-te, kuid minu doktoritöö näitab, et aastakümnete jooksul mägedesse ladustatud tuhk CO2 sidumise potentsiaali siiski ei saavuta," ütleb Leben.
Eelkõige on asi selles, et peeneteralise tuha kiire platoodele ladustamise ja tsementeerumise tõttu moodustuvad tihedad kihid. Seetõttu on CO2 juurdepääs tuhale oluliselt takistatud. "Uurimistulemused näitavad, et tuhaplatoodes seotakse tuhka vaid ligikaudu kaks protsenti põlevkivi põletamisel vabanevast CO2-st," võtab Leben lühidalt probleemi olemuse kokku.
Parem väli kui mägi, aga veel parem kui ei kumbagi
Fossiilsete tahkete kütuste kasutamine põhjustab suure osa üleilmsest kasvuhoonegaaside emissioonist. Lisaks tekib seetõttu suur kogus erinevaid tahkeid jäätmeid. Kivisöe ja põlevkivi põletamisel tekkivad tahked jäätmed on tihti keemiliselt reaktiivsed.
Selliste jäätmete taaskasutus on paljuski piiratud, mistõttu ladestatakse need elektrijaamade lähistele settetiikidesse või –platoodele. Siiski on neid võimalik kasutada lisandina betooni ja ehitusmaterjalide tootmisel või kaevandatud alade tagasitäitmisel. Taaskasutuse maht aga varieerub: Eestis on see praegu heal juhul vaid paar protsenti, Jaapanis aga näiteks ligikaudu 90 protsenti.
Eestis on põlevkivitööstus suurim kasvuhoonegaaside emiteerija ja tahkete jäätmete tekitaja. Üle 70 protsendi Eestis õhku paisatud CO2-st pärineb põlevkivitööstusest. Samas võib põlevkivituhk ka osa tekitatud CO2-st tagasi siduda.
Tuha CO2 sidumise võime sõltub tuha koostisest, eelkõige vaba kaltsium- (CaO) ja magneesiumoksiidi (MgO) sisaldusest. Näiteks seob 4,1-protsendise CaO sisaldusega kivisöetuhk ühe tonni kohta kuni 26 kilogrammi süsihappegaasi. Eesti põlevkivituhkades on vaba CaO sisaldus kuni 30 protsenti ning sidumispotentsiaal selle võrra oluliselt kõrgem. Siiski ei piisaks ka kogu sidumispotentsiaali ära kasutamise korral sellest põlevkivitööstuse õhku paisatud CO2 sidumiseks.
"Nagu mainitud, siis minu andmetest lähtuvalt seob platoos ladestatud tuhk vaid umbes kaks protsenti elektrijaama korstendest õhku paisatavast süsihappegaasist. Tuha potentsiaal CO2 sidumiseks, kui kõik tuhaosakesed oleksid süsihappegaasile nii-öelda avatud, on mitu korda kõrgem," selgitab Leben.
Mäkke ladestatud tuhas toimub aeglane ja kaua kestev leelisaktivatsioon, mille käigus moodustuvad polümeersed tsemendimineraalid, sarnaselt tsementbetooni kivistumisele. See küll parandab platoode geotehnilist püsivust, teisalt aga pärsib süsiniku sidumist. Hea pool on Lebeni sõnul see, et kiire tsementeerumine võimaldab ehitada kümnete meetrite kõrguseid järskude nõlvadega tuhamägesid, piirates sellega tuhaladestute pindala.
Tuhaplatoo koostist uurides selgus, et Eesti tuhaplatoodes seob üks tonn tuhasetteid keskmiselt 51 kilogrammi CO2-te. Leitud näitaja on varasemate mudelite ja laborieksperimentidel põhinevate CO2 sidumise hinnangutest vähemalt 5–6 korda väiksem, seda just väliskihtide tsementeerumise tõttu.
Tuhamägedelt kogutud proove uurides sai aga Leben teada, et tuhasette CO2 sidumist on võimalik tõsta, kui juhtida elektrijaamade, teiste tööstuste suitsugaase või CO2 heitmeid läbi tuhahoidlate. Nii on võimalik tõsta tuhka seotud süsihappegaasi mahtu keskmiselt 150 kilogrammi võrra tonni kohta, mis tõstaks süsiniku sidumise mahu 200 kilogrammini ühe tonni tuhasette kohta.
"CO2 sidumise suurendamiseks oleks kõige lihtsam tuhk suuremale alale laiali laotada, kuid see ei ole maakasutuse seisukohalt mõistlik," märgib Leben. "Pigem tuleks tuhale leida rohkem taaskasutusvõimalusi, et seda jõuaks vähem mägedele."
Tuha kasulikke omadusi saaks ja võiks värske doktori sõnul ära kasutada ka teistes suundades kui passiivse süsihappegaasi sidujana. "Vaadates aga viimaste aastate trende, siis tuha massiivse ladestamise vähenemise eest hoolitseb juba CO2 kvootide poliitika, elektriturg ja taastuvenergia areng, seega üüratuid koguseid tuhka tulevikus enam ei teki," ütleb ta.
Kui perspektiivikaks pidada põlevkivitööstust?
"Tänases tehnoloogilises ja keskkonnapoliitilises raamistikus ei ole põlevkivitööstus energiatootmise seisukohast enam perspektiivikas. Põlevkiviõli tootmine on teine küsimus ja arvatavasti on sellel turgu pikemas perspektiivis," sõnab Kristjan Leben veel.
Siiski, selle talve külmad ja tuulevaiksed ilmad tuletasid värske doktori sõnul jälle meelde, et päris ilma juhitava energiatootmiseta ei saa. "Iseküsimus, kas see on biomassi-, gaasi-, tuuma- või siis ikkagi põlevkivielektrijaam, aga siis juba uute süsinikuneutraalsete tehnoloogiatega nagu "OxyFuel", milles üks lüli on tekkiva ja juba ladustatud tuhasette maksimaalse CO2 sidumispotentsiaali kasutamine," tõdeb ta.
Ajalooliselt on suur osa eestlaste igapäevasest elektrist saadud põlevkivi elektrijaamadest. Paraku tekib selle käigus aastas miljoneid tonne tuhka ja õhku paiskub suures koguses süsihappegaasi ehk CO2-te, mis on oluline kasvuhoonegaas. Kuigi kaevandatud põlevkivi kogused on viimastel aastatel peaaegu poole võrra vähenenud on põlevkivitööstus siiani Eesti suurim CO2 allikas.
Kristjan Leben kaitses doktoritöö "Long-term diagenetic transformation and carbon sequestration potential of Ca-rich oil shale ash waste deposit sediments" Tartu Ülikoolis 9. aprillil. Tööd juhendas Riho Mõtlep.
Toimetaja: Airika Harrik
