Mehaaniliseks ringlussevõtuks ebasobivate pakendite ümbertöötlemine on tänapäeval üks teravamaid keskkonnaprobleeme. Erialakeeles nimetatakse neid komposiitmaterjalideks ja nende hulka kuuluvad näiteks kommipaberid, kohupiimatoodete pakendid ja mahlapakid. Selliste pakendite materjal koosneb tavaliselt mitmest erinevast kihist, sealhulgas omavahel kokku liimitud või sulatatud plastikust, fooliumist ja paberist. Need kihid tagavad pakendi tugevuse, säilivusaja pikendamise, kaitse välismõjurite eest ja piisava tiheduse. Paraku raskendab selline pakendimaterjali kihiline koostis nende ringlussevõttu.

Komposiitmaterjalist on valmistatud ka tuulegeneraatorite labad ja nende utiliseerimine kujutab praegu tõsist väljakutset. Tuulikute labasid valmistatakse tugevdatud komposiitmaterjalidest nagu polümeervaikudest, mida tugevdatakse klaaskiudude või süsinikkiududega. Antud materjalid tagavad suure tugevuse ja vastupidavuse, misläbi saab kasutada labasid ideaalselt ka äärmuslikes ilmastikutingimustes. Samas on tuulikulabade taaskasutuseks ümbertöötlemine samal põhjusel äärmiselt keeruline.

Komposiitmaterjalide ümbertöötlemise teeb keeruliseks asjaolu, et igal kihil on erinevad füüsikalis-keemilised omadused. Kihtide eraldamine nõuab keerulisi tehnoloogiaid, mis suurendavad kulusid. Kuigi teoreetiliselt on selline töötlemine võimalik, töödeldakse praktikas sellistest jäätmetest ümber vaid väike osa. Piiratud taristu ja keerukas tehnoloogia muudab ringlussevõtu enamike ettevõtete jaoks liiga kalliks.

Tuuleparkide arvu suurenemise ja komposiitmaterjalide laialdasema kasutamisega erinevates tööstusharudes muutub nende utiliseerimise probleem üha ulatuslikumaks. Tuulegeneraatorite eluiga on tavaliselt 20–25 aastat ning kasutusest eemaldatavate labade kasvab pidevalt ja märkimisväärselt.

Eeldatavasti läheb eelseisvatel aastakümnetel kõrvaldamisele kümneid tuhandeid labasid. Pärast eluea lõppu satuvad need reeglina prügimägedele, võttes seal palju ruumi ja tekitades pikaajalisi keskkonnariske. Tuulikute labad ei lagune keskkonnas lõplikult ka sajandite jooksul.

Kaheastmeline pürolüüsimeetod vesiniku tootmiseks

Tallinna Tehnikaülikooli Virumaa kolledži kütuse tehnoloogia teadus- ja katselaboris töötasime aastatel 2023–2014 välja kaheastmelise pürolüüsimeetodi. See võimaldab lahendada komposiitmaterjalide, pakendite ja erinevate biojäätmete ringlussevõtmisega seonduvad takistused.

Kaheastmelises pürolüüsis toimub jäätmete termotöötlus, mis võimaldab saada kõrge vesinikusisaldusega sünteesgaasi. Erinevalt klassikalisest pürolüüsist või gaasistamisest on selle meetodi alusprotsess keerulisem. See hõlmab kahte kuumutamise ja lähteaine lagunemise etappi, mis muudavad protsessi tõhusaks erinevate jäätmeliikide töötlemisel.

Kaheastmelise pürolüüsi peamine eelis võrreldes klassikalise gaasistamisega on õhu puudumine protsessis. See hoiab ära soovimatud kõrvalreaktsioonid, nagu oksüdatsiooni ning muudab süsinikmonooksiidi (CO) ja süsihappegaasi (CO₂) sisalduse sünteesgaasis nii väikseks kui võimalik. See on eriti oluline puhtama ja kõrge vesinikusisaldusega gaasi tootmiseks. Tekkinud gaasi saab omakorda kasutada energeetikas ja tööstuses, sealhulgas elektritootmises.

Energeetikas annab vesinikusisaldusega gaasi kütuseelementide abil elektri tootmine kõrge efektiivsuse. Kuna sellises tootmises ei eraldu kahjulikke heitmeid praktiliselt üldse, on see eriti oluline üleminekul puhastele tehnoloogiatele ja fossiilkütustest sõltuvuse vähendamisel. Lisaks on vesinik väärtuslik tooraine keemiatööstuses, kus seda kasutatakse näiteks ammoniaagi, metanooli ja väetiste tootmises.

Kasuliku mudeli tunnistus julgustab uuringuid jätkama

Kütuse tehnoloogia teadus- ja katselaboris läbiviidud uuringud on näidanud, et ühe tonni pakendi- ja komposiitmaterjalide jäätmete segu töötlemisel on võimalik saada umbes 1200 m³ sünteesgaasi, millest moodustab 800 m³ vesinik. Sama koguse tuulegeneraatorite labade töötlemisel saab umbes 350 m³ sünteesgaasi, millest 250 m³ on vesinik. Pakenditega võrreldes madalam sünteesgaasi kogus on tingitud labade koostisest, nimelt ei lagune kuumutamisel klaas- ja süsinikkiud ei lagune.

Meie edasine uurimistöö keskendub kaheastmelise pürolüüsi tahke jäägi kasutusvõimaluste uurimisele näiteks filtrite või kütuseelementide tootmisel. Järelejäänud klaaskiudu saab lisada näiteks betoonisegudesse, et parandada betooni kvaliteeti ja vähendada teiste täiteainete või armeerivate materjalide tarbimist betoonis.

Välja töötatud meetodile sünteesgaasi saamiseks tahke soojuskandjaga orgaaniliste toorainete pürolüüsis andis patendiamet tänavu oktoobris ka kasuliku mudeli tunnistuse.