Eesti tsemenditööstust saaks muuta rohelisemaks põlevkivi lendtuhaga

Praegu ladestatakse lõviosa elektrijaamades tekkivast lendtuhast tuhaplatoodele.
Praegu ladestatakse lõviosa elektrijaamades tekkivast lendtuhast tuhaplatoodele. Autor/allikas: Peeter Paaver

Põlevkivikateldes tekkivat lendtuhka saaks kasutada tsemendi tootmiseks, selgub Tartu Ülikooli geoloogia nooremteaduri Peeter Paaveri kaitstud doktoritööst. Enne selle laialdasemat kasutuselevõttu tuleb teha aga katseid suuremas mahus.

CO2 hinna kallinemine mõjutab lisaks energeetikale ka teisi tööstusharusid. Riik võib küll jagada ettevõtetele lõdvemate keskkonnanormidega riikidesse kolimise vältimiseks tasuta saastekvoote, kuid see ei tähenda ilmtingimata varasema tegutsemismudeli jätkumist. "Portlandtsemendi tootmine sellistes mahtudes polnud pikka aega probleem, kuid praegu toob Kunda tsemenditööstus klinkrit sisse Norrast," märkis Paaver.

Kuna savi ja lubjakivi ei põletata koos põlevkiviga enam Eestis, paiskab ettevõte sellega õhku umbes kolmandiku võrra vähem CO2. Keskkonnasõbralikum ja veelgi kasumlikum võiks olla aga kohapealse tooraine kasutamine. Eriti juhul, kui selle saab peaaegu tasuta kätte ja see muidu jäätmeks kuulutataks.

"Põlevkivituhk on selles suhtes hea asendus ja tegelikult on hakatud seda ka Kunda tsemenditööstuses tegema," sõnas nooremteadur. Praegu asendatakse tsemendist tuhaga ligikaudu kümme protsenti. Kuna lendtuhk täidab aga vaid täiteaine rolli, hakkavad selle osakaalu kasvades kannatama tsemendi tugevus ja teisedki omadused.

Muud maailma vaadates poleks lendtuha täiteaine kõrval sideainena kasutamises midagi eriskummalist. Näiteks leiab sel moel laialt rakendust kivisöetuhk. Sama tehti Eestis eelmise põlvkonna tolmpõletuskateldes tekkiva tuhaga.

Tõsi, isegi koos kõigi teiste rakendustega ei taaskasutatud toona tekkinud tuhast enam kui kümmet protsenti. Vaatamata ringmajanduse populariseerimisele on langenud selle osakaal nüüdseks veel enam kui viis korda. Kuigi põlevkivi kaevandamine on aasta-aastalt vähenenud, lõpetab seega igal aastal tuhaplatoodel miljonite tonnide jagu lendtuhka.

Tuha ja tsemendi omaduste uurimiseks kasutati erinevaid analüütilisi meetodeid. Autor/allikas: Peeter Paaver

Rakendusvõimaluste vähenemise põhjus on lihtne. Uued keevkihtkatlad võimaldavad põletada põlevkivi enam kui 1200 °C asemel veidi enam kui 800 °C juures. Ühelt poolt tõstis see katelde tõhusust ja vähendas märgatavalt väävlireostust. Teisest küljest aga kvarts ja kaltsiit nii madala temperatuuri juures peaaegu ei lagune, rääkimata uute reaktiivsete kaltsiumsilikaatsete faaside tekkimisest.

Maakeeli tähendab see, et keevkihtkatelde lendtuha enda isetsementeeruvad omadused on nadid ja selle toimel moodustub vähem tsementeeruvate omadustega mineraale.

Paljudele tsementidele nende tugevuse andvatest geopolümeeridest kasu lõikamine ei tule seetõttu kõne alla. Selleks sisaldab lendtuhk liialt kaltsiumi, kuid samas liiga vähe räni ja alumiiniumi. "Oleme katsetes näinud, et mingi polümerisatsioon meil toimub, kuid ausalt öeldes pole see tuhk ikkagi sellise asja jaoks sobilik. Lihtsalt koostis on erinev võrreldes sellega, mida ülejäänud maailmas kasutatakse," tõdes Paaver.

Lollikindel lahendus

Oma doktoritöö raames uuris Peeter Paaver kolleegidega süstemaatiliselt, kuidas muuta keevkihtkateldest tulev lendtuhk väärtuslikuks tooraineks. Kui leelisaktivatsiooni ja keemiliste meetodite kasutamine osutus Eesti põlevkivituha puhul võrdlemisi lootusetuks, siis mehaanilise aktiveerimise ehk jahvatamisega jõudsid nad vähemalt laborikatsetes juba soovitud tulemuseni.

Keevkihtkateldest pärit lendtuhk käitub sarnaselt kaltsiumsulfoaluminaat-tsemendile. Autor/allikas: Peeter Paaver

"Kui saame lendtuha jahvatamisega tsemendiga võrdväärse materjali, on see suhteliselt loll ja lihtne lahendus, kuigi selle täpset hinda ei oska me veel öelda. Ilmselgelt lisab jahvatamine energiakulu, aga sama peab tegema sama ka tsemendiklinkriga. Energiajäävuse tõttu ei saa me kunagi võita ega isegi viiki mängida," viitas nooremteadur.

Seejuures oli tähtis ära tabada just õige jahvatusaste. Tuhka pikemat aega aega peenestades hakkas materjal uuesti klompi tõmbuma. Terade suurus enam ei vähenenud.

Saadud materjali rakendusvõimaluste hindamiseks valmistas ta kolleegidega sellest hulga väikesi betoonkuubikuid. "Üldiselt olid jahvatatud tsemendid suhteliselt võrdväärse tugevusega võrreldes (laialt kasutatava) portlandtsemendiga. Eks need natuke nõrgemad olid ikka, aga võime asendada poole portlandtsemendist ning me ei kaota nii varajases kui ka hilises tugevuses sisuliselt mitte midagi," märkis Paaver.

Kui jahvatamata tuhka sisaldava tsemendi survetugevus oli 90 päeva järel üheksa megapaskalit, siis jahvatatud tuha puhul küündis see 60 MPa-ni.

Teadlased valmistasid tuhast valmistatud tsemendi survetugevuse uurimiseks sellest väikesed kuubikud. Autor/allikas: Peeter Paaver

Seejuures paistis vähemalt kolme sentimeetrise äärepikkusega kuubikutega tehtud katsetest, et materjal talub hästi keskkonnamuutusi. Kuni 105 kraadini kuumutamine ei mõjutanud neid mitte kuidagi. Samuti ei avaldanud survetugevusele mõju külmutamine. Materjal tsementeerus edasi ja läks isegi tugevamaks.

"Oleme teinud võimalikult palju erinevaid katseid, eri veesisalduste, jahvatamisaegade jms, et alusandmestik oleks võimalikult varieeruv. Kuna mõned asjad toimivad, peame nüüd minema suurele skaalale ja suuremate kehade juurde," lisas nooremteadur.

Paaver ei julgenud oletada, millal võiks hakata tööstus kasutama põlevkivi lendtuhka suuremal hulgal. Esimesed sammud selles suunas on aga astutud. "Oleme juba veidi suuremas mahus katseid teinud koostöös Kunda-Nordic tsemendiga. Nad jahvatasid oma klinkrijahvatites seda paar tonni. Esialgsed katsed näitavad, et tingimused võiksid olla küllaltki sarnased sellele, mis me laboris tegime," viitas nooremteadur.

"Neil on muidugi aktiivne huvi, sest tsemendi tootmine just CO2 hinna tõttu läheb järjest kallimaks ja kallimaks. Kui on võimalik saada kuskilt materjali, mis vedeleb muidu sisuliselt maas ja millega keegi midagi ei tee, on see tasuta raha," lisas Paaver.

Nooremteadur nentis, et tsemendi valmistamiseks on realistlik kasutada vaid katlast pärit kuiva tuhka. Juba pikemat aega väljas seismisega hüdratiseerunud tuha omadused võivad märkimisväärselt erineda, mis muudaks tootmisprotsessi oluliselt keerukamaks. "Katseid on tehtud, mis survetugevus sealt tuleb, aga üldiselt ikka väga hästi see ei toiminud," sõnas Peeter Paaver.

Enam kui 20 ruutkilomeetril laiuvate ja kuni ligi poolesaja meetri kõrgustele tuhaplatoodele tuleb leida seega teine rakendus.

Tutvu doktoritööga täies mahus Tartu Ülikooli digikogus. Paaverit juhendasid Martin Liira Eesti geoloogiateenistusest ja Tartu Ülikooli geoloogia-mineraloogia professor Kalle Kirsimäe. Oponent oli professor Miroslav Komljenovic Belgradi Ülikoolist.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: