Jätkusuutliku energeetika ja kütuste uurimisrühm
Uurimisrühma juht: täisprofessor tenuuris Alar Konist PhD
Liikmed: Tõnu Pihu PhD, Dmitri Nešumajev PhD, Alejandro Lyons Ceron PhD, Mais Baqain Phd, Janek Reinik PhD, Mari-Liis Ummik PhD
Doktorandid: Mari Sinisalu, Liisa-Maria Kaljusmaa, Fanfan Xu, Dan Yang, Hannela Artus, Prachi Dwivedi
Võtmesõnad: kütused, põlemine, pürolüüs, gaasistamine, tuhad, aktivatsioonienergia, CO2 heitmed, CCS ja CCU (sh. oxyfuel)
Ülevaade
Jätkusuutliku energeetika ja kütuste uurimisrühm tegutseb mitme erineva valdkonna raames:
- Keemia-, keskkonna- ja soojusinseneeria;
- Põlevkivitehnoloogiad (keevkihtkatlad põlevkivitööstuses);
- Katlad, tuuleenergia, bioenergia, energiamajandus;
- Kütuste termokeemiline muundamine;
- Süsiniku püüdmine ja taaskasutus (CCU-CCS);
- Tuhk, aktiveerimisenergia, CO2-heitmed;
- Põlevkivi ja biomassi hapnikurikkamas keskkonnas koospõletus tsirkuleerivates keevkihtkateldes (CFB);
- Ca-rikka tuha kasutamine kihimaterjalina CO2 (samuti SOx ja NOx) sidumiseks biomassi keevkihtpõletuses;
- Põlemisprotsessi parameetrite labori- kuni pooltööstuslikul skaalal katsed;
- Lendtuha iseloomustamine.
Energia tootmise üks põhieesmärk on protsesside efektiivistamine ja heitmete, sh. süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamine. Ühe võimalusena uurib uurimisrühm põlevkivi ja biomassi koospõletamise võimalusi nt. tsirkuleeriva keevkihi (CFB) katlas. Kavandatud protsess võimaldab vähendada lisaks heitmetele ka ohtlike jäätmete tuhaprodukte, mida on senini igal aastal tekkinud ligikaudu kuus miljonit tonni.
Ühe olulisema teemana tegeleb uurimisrühm süsiniku püüdmise ja ladustamise või kasutamise ehk nn. CCUS tehnoloogiate kasutusvõimaluste uurimisega. Põhiliseks eesmärgiks on uurida kas hapniku ja CO2 põlemise tingimuste rakendamisel on võimalik saavutada piisava puhtusega CO2 voog, mida saaks energiatootmise ringlusest välja juhtida, saavutamaks kliimaneutraalsust. Lisaks uuritakse moodustunud tuhale tõhusama kasutamise leidmise võimalusi. Selleks uuritakse tuhkade sorptsioonilisi omadusi ja käitumist anorgaanilise aine tuhkade proovidest. Uuringuteks on kasutada tänapäevane infrastruktuur: 60kW CFB katseseade, TGA / DSC-MS, LA-ICP-MS, WD-röntgenanalüsaator, gaasi adsorptsioon analüsaator, osakeste eripinna ja poorsuse määramise seade (Quantachrome Autosorb iQ-C), elementanalüsaatorid (CHNS ja O), jne.
Teadusrühma käsutuses on akrediteeritud teaduslaboratoorium, mis võimaldab välja anda sertifitseeritud analüüsitulemusi erinevate kliente toodud erinevate iseloomudega proovidele. Samuti on labor akrediteeritud statsionaarsete saasteallikate õhuemissioonide määramise valdkonnas.
Tulemused: 2019 aasta suurimaks töövõiduks on, et uurimisrühma 2018-2019 a. teadustöö tulemusena on alates 01.01.2020 põlevkivitöötuses tekkivad tuhajäätmed mitteohtlikud, mis võimaldab tuha taaskasutamisele otsida erinevaid võimalusi.
Enefit Power AS-i territooriumil asuvate tootmisüksuste objektidel välisõhu emissioonide mõõtmised (2023-2025)
EIEE23037, Eesti Energia AS
Enefit Power AS-i territooriumil asuvate tootmisüksuste objektidel välisõhu emissioonide mõõtmiste teenuse ostmine järgmistel objektidel:
- Eesti elektrijaam,
- Auvere elektrijaam,
- Õlitööstus,
- Õlitööstuse õliladu;
- Balti elektrijaam.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Põlevkivitehnoloogiate alased teadusuuringud ja konsultatsioonid Enefit Power AS´s (2023-2024)
LEIEE23020, Enefit Power OÜ
Alus- ja rakendusuuringute läbiviimine ning konsultatsioonide andmine Enefit Power AS-ile, et tagada põlevkivielektrijaamade ja -põletusseadmete töökindlus, keskkonnakaitse, efektiivsus ning tagade nende ohutu ja tõrgeteta töö.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Experimental and Modeling Investigation of Bio and Thermochemical Conversion of Biomass to Electricity (2022-2024)
VNF22025, Nordic Energy Research
Projekt BioELEC edendab kahe peamise biomassi muundamise protsessiga seotud liikuvust: üks protsess tegeleb metsajäätmete gaasistamisega bioelektri tootmiseks ja teine protsess põhineb olmejäätmete orgaanilise fraktsiooni anaeroobsel lagundamisel bioelektri tootmiseks.
Täpsem info BioELEC projekti kohta Nordic Energy Research lehel
Täpsem info BioELEC projekti kohta ETIS lehel
Välisõhu emissioonide mõõtmised Enefit Power AS territooriumil (2022)
LEIEE22018, Enefit Energiatootmise AS
Välisõhu emissioonide ja heitmete mõõtmised Enefit Power AS tootmisseadmetel ja territooriumil.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Biomassi tuhkades sisalduvate dioksiinide ja furaanide uuring (2022)
LEIAE22071, Keskkonnaministeerium
Projekti eesmärk oli analüüsida Eestis biomassi põletamisel tekkivates põhjatuhkades ja püüdeseadmetes püütavates tuhkades sisalduvate dibenso-p-dioksiinide, polüklooritud dibensofuraanide (PCDDd/PCDFid) ja dioksiinitaoliste polüklooritud bifenüülide (dt-PCBd) sisaldust ja hinnata, kas tehnoloogiliste lahendustega on võimalik nende ainete sisaldust tuhas vähendada.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Põlevkiviõli tootmise parima võimaliku tehnika arengu analüüs ning ettepanekud selle ajakohastamiseks (2021-2023)
LEIAE21086, Keskkonnaministeerium
Uuringu eesmärgiks oli kindlaks teha põlevkiviõli tootmise parima võimaliku tehnika areng. Selleks analüüsitakse seniseid tehnikaid ja nende rakendamisega saavutatud tulemusi. Sellest lähtuvalt hinnatakse, kas tehnika vajab ajakohastamist. Uuringu tulemuseks on täiendatud ja analüüsitud andmete alusel tehtud ettepanekud põlevkiviõli tootmise parima võimaliku tehnika järelduste muutmiseks või täiendamiseks.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Põlevkivitehnoloogiate alased teadusuuringud Enefit Energiatootmine AS-s (2021 – 2022)
LEIEE21038, Enefit Energiatootmise AS
Erinevad alus- ja rakendusuuringud põlevkivielektrijaamade ja -põletusseadmete töökindluse, keskkonnakaitse, efektiivsuse ning ohutu töö tagamiseks.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Põlevkiviõli tootmise CO2 jalajälje vähendamise rakendusuuring (2020 – 2022)
LEIEE20068, Enefit Energiatootmise AS
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Konsultatsiooniteenuse osutamine Enefit280-2 õlitehase tehniliste lahenduste hindamiseks (2020 – 2022)
LEIEE20078, Enefit Energiatootmise AS
Projekti eesmärk on projektdokumentide koostamine ja esitatud dokumentide kirjalik kommenteerimine, sh muudatusettepanekute esitamine
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Aktiveerimistingimuste mõju poorse süsiniku valmistamisel põlevkivist (2019-2022)
PSG266, Personaalse uurimistoetusega rahastatud uurimisprojekt
Projekti raames uuriti peamiselt eripinda, poorsust ja nende moodustumist, kuna need on olulisemad parameetrid, mis määravad saadud materjali kasutusvaldkonnad ja -efektiivsuse.
Kliimamuutuste leevendamine läbi CCS ja CCU tehnoloogiate (2019 – 2021)
RITA1/02-20, Sihtasutus Eesti Teadusagentuur
Eesti on elaniku kohta üks kõige kõrgema kasvuhoonegaaside (KHG) heite ning ressursi- ja süsinikumahukusega majandus Euroopa Liidus. KHG emissioonide oluline vähendamine eeldab parimate süsiniku püüdmis- ning utiliseerimistehnoloogiate rakendamisvõimaluste väljaselgitamist. Projekti põhieesmärgiks on hinnata erinevate süsiniku püüdmistehnoloogiate sobivust ning töötada välja stsenaariumid nende tehnoloogiate rakendamiseks Eesti põlevkivitööstuses. Samuti analüüsitakse efektiivseimate lahenduste keskkonnamõju ning Eesti tööstussektori tehnoloogilist ja majanduslikku võimekust püütud CO2 kasutada. Majandusanalüüs keskendub sobivaimate püüdmistehnoloogiate ühikukulude erinevustele, tundlikkusele CO2 kvootide ja elektri hindade suhtes ning investeeringute subsideerimisvajadusele, aga ka püütud CO2 ekspordipotentsiaalile. Projekti tulemuseks on süsiniku püüdmistaristusse investeerimise põhjendatuse mitmekülgne uuring, aitamaks minimeerida KHG heitkoguseid Eesti põlevkivitööstuses.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Põlevkivitehnoloogiate alased teadusuuringud Enefit Energiatootmise AS (2019)
LEP19011, Enefit Energiatootmise AS
Projekti eesmärgiks on põlevkivielektrijaamade töökindluse, keskkonnakaitse, efektiivsuse ning ohutu töö tagamisega seotud rakendusuuringute läbiviimine.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Põlevkivituhkade ohtlikkuse uuring (2018 – 2019)
LMIN18074, Keskkonnaministeerium
Projekti eesmärgiks oli hinnata Eestis tekkivate põlevkivituhkade ohtlikke omadusi ja välja selgitada, kas põlevkivituhka tuleb liigitada ohtlike omaduste tõttu ohtlike jäätmetena.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Biomassi termokeemiliste protsesside alased teadusuuringud OÜ Utilitas Tallinna Elektrijaamas (2017 – 2020)
LEP17084, Utilitas Tallinna Elektrijaam OÜ
Projekti eesmärgiks oli biomassi termokeemiliste protsesside alased teadusuuringud. Tegeleti nii töökindluse, keskkonnakaitse, efektiivsuse ning ohutu töö tagamisega seotud uuringute läbiviimisega.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Teadusrühma käsutuses on akrediteeritud teaduslaboratoorium, mis võimaldab välja anda sertifitseeritud analüüsitulemusi erinevate kliente toodud erinevate iseloomudega proovidele. Samuti on labor akrediteeritud statsionaarsete saasteallikate õhuemissioonide määramise valdkonnas.
Nutikad kaugküttelahendused ja kasvuhoonegaaside emissioonide keskkonnamõju integreeritud hindamise uurimisrühm
Uurimisrühma juht: täisprofessor tenuuris Anna Volkova, PhD
Akadeemilised töötajad: Andrei Dedov PhD, Eduard Latõšov PhD, Igor Krupenski PhD, Sreenath Sukumaran PhD, Kertu Lepiksaar PhD, Sylvester Ikenna Ofili PhD, Hossein Alimohammadi PhD, Maryam Khaliq PhD
Doktorandid: Hesham Ali, Janika Laht, Janita Andrijevskaja, Mohd Basit Wani, Siim Erik Pugal
Mitteakadeemilised töötajad: Inge Roos PhD, Birgit-Lume Paju, Kristian Kirs, Andrei Ingelberg
Ülevaade
Nutikate kaugküttelahendust ja kasvuhoonegaaside emissioonide keskkonnamõju integreeritud hindamise uurimisrühma uurimissuunad on seotud järgmiste valdkondadega:
- Kaugküte: madala temperatuuriline kaugküte, torustik, soojuspumbad, tippkoormus, kaskaadid, planeerimine, paralleeltarbimine;
- Kaugjahutus: heitsoojus, planeerimine, koos kaugküttega;
- Energiatõhusus kaugküttes ning ettevõtete ja sektori tasemel;
- Energia salvestamine: koos elektrikatlaga, koostootmisjaamaga ja külma termilise energia salvestamine;
- Süsinikuneutraalsus TalTechi linnakus, linnades, tööstuses, kaugküttes ja Eestis.
Teadusrühm tegeleb uute tehniliste lahenduste väljatöötamisega selleks, et liikuda nutika, kõrge efektiivsusega ja taastuvenergia varustusega kaugkütte kontseptsiooni suunas. Oluliseks tegevuseks on ka kasvuhoonegaaside emissioonide keskkonnamõju integreeritud hindamine. Teadusrühma poolt on käsitletud ja uuritud tehnilisi tingimusi kaugkütte süsteemide arendamiseks ja energiaefektiivsuse parandamiseks. Soojuse tootmise, edastamise ja tarbimise kombineeritud optimeerimine annab olulist primaarenergia säästu.
Kaasaaegsed kaugkütte süsteemid vähendavad energia tarbimist ja CO2 emissiooni. Teadusrühma poolt on käsitletud ja uuritud tehnilisi tingimusi kaugkütte süsteemide arendamiseks ja energiaefektiivsuse parandamiseks. Uurimistöö tulemuste rakendamine võimaldab kaugküttes toimuvate protsesside kirjeldamist ja optimeerimist, kus selle aluseks on vastavad töötingimused ja kehtivad regulatsioonid. Soojuse tootmise, edastamise ja tarbimise kombineeritud optimeerimine annab olulist primaarenergia säästu.
Uuritakse peamisi takistusi, mida olemasolevas kaugküttesüsteemis on vaja ületada, et kasutusele võtta neljanda põlvkonna kaugküte (4GDH). Väljatöötamise staadiumis on neljanda põlvkonna 4GDH-kontseptsiooni hindamise metoodika ja rakendamisvõimalused Eesti kaugküttesüsteemides. Hinnatakse võimalust soojusenergia salvestamise integreerimiseks Eesti kaugkütte sektorisse.
Uuritakse kaugküttega paralleelse tarbimisega seotud probleeme ja selle mõju kaugkütte süsteemile. Arendatakse paralleelse tarbimise rakendamise teostatavuse hindamise metoodikat
Grupi viimase aja teadustöö on seotud järgmiste teemadega:
- Olemasolevate suureulatuslike kaugküttesüsteemide üleviimine 4. põlvkonna kaugküttele;
- Soojusenergia salvestamise ühendamine biomassil põhineva CHP-ga;
- Madalatemperatuurilised kaugküttevõrgud;
- Suurte soojuspumpade integreerimine kaugküttesüsteemidega;
- Elektrijaama käitamisstrateegia akumulatsioonipaagi integreerimisel;
- Kaugküttepiirkondade arengukavad;
- GIS-põhine kaugküttevõrkude optimeerimine;
- Jätkusuutlikku kaugkütet tutvustav mobiilirakendus NutiSoojus;
- Paralleeltarbimise mõju kaugküttele;
- Kaugküttevõrkude optimeerimine;
- Kaugkütte ja jahutuse primaarenergia tegurite arvutamine;
- Madalatemperatuurilise kaugküttevõrgu soojusvarustus kõrgetemperatuurilise kaugküttesüsteemi tagasivoolu osast;
- Tagasivoolu temperatuuri vähendamise mõju kaugküttevõrgule;
- Eesti kaugküttepiirkondade arendamise stsenaariumid.
Taastuvenergiale üleminek ja kliimaneutraalsus Läänemere piirkonna kohalikes omavalitsustes (2023-2025)
Interreg, Euroopa Komisjon
CommitClimate projekti tulemusena arendati välja digilahendus, mille abil on võimalik määrata erinevate investeeringute tegevuste abil saavutatav CO2 heitkoguste vähenemist. See digilahendus on hea tööriist, mille abil on võimalik teha teadlikke otsuseid ja anda panus ühiskondliku süsiniku jalajälje vähendamisele.
Täpsem info CommitClimate projekti kohta ETIS lehel
Täpsem info CommitClimate projekti kohta Interreg kodulehel
PV põhiste kaugkütte - ja jahutussüsteemide analüüs ja jätkusuutlikuse hindamine (2022-2024)
Sihtasutus Eesti Teadusagentuur
Selle uurimisprojekti põhieesmärk oli välja töötada metoodiline raamistik PV kaugkütte- ja jahutussüsteemide (PVDHC) asukoha sobivuse ja jätkusuutlikkuse hindamiseks. Väljatöötatud metoodikat rakendatakse juhtumiuuringuna Eesti kontekstis. Kogu raamistik on juurutatud geograafilise infosüsteemi (GIS) tööriistade ja pythoni programmeerimise abil.
Täpsem info PV-DHC projekti kohta ETIS lehel
Põhjalik tööriistakomplekt madalatemperatuuriliste alamvõrkude integreerimiseks olemasolevatesse kaugküttevõrkudesse (2020 – 2022)
International Energy Agency
Projekti põhieesmärk on välja töötada üldistatavad lahendused energiakaskaadide lahenduse juurutamiseks ja suuremahulisteks rakendamisteks madalatemperatuuriliste alam-kaugküttevõrkude kauduning levitada tulemusi riiklikele kaugkütte liitudele ja kaugkütte operaatoritele.
Täpsem info CASCADE projekti kohta ETIS lehel
5GDHC tehnoloogia tehnoökonoomiline toimivus ja teostatavusuuring agendipõhise modelleerimise ja GISi abil (2020 – 2022)
Nordic Energy Research
Selle projekti raames töötatakse välja agendipõhise modelleerimise ja GISi abil simulatsiooniplatvorm, et hinnata 5. põlvkonna kaugkütte- ja jahutussüsteemide (5GDHC) tehnoloogia tehnilisi ja majanduslikke võimalusi ning uurida 5GDHC võimalikke rakendusi Balti riikides ja Põhjamaades.
Täpsem info 5GDHC projekti kohta ETIS lehel
Soojuspumpade kasutamise potentsiaal Balti riikides (2020 − 2021)
Nordic Energy Research
Projekti raames uuritakse soojuspumba potentsiaali ja sotsiaalmajanduslikke kulusid Balti riikides. Põhiülesanneteks on hinnata kõrgete temperatuuridega soojusallikate potentsiaali suurte soojuspumpade ja elektrikatelde kasutamiseks. Hinnatakse ka suurte merevee soojuspumpade potentsiaali ja kulutõhusust, soojuspumpade potentsiaali lõppkasutussektorites ja individuaalsete soojuspumade sotsiaalmajanduslilkke kulusid.
U06 õppehoone katusel asub uurimisrühma loodud ilmajaam, mis mõõdab erinevaid parameetreid:
- tuule kiirus ja suund;
- õhutemperatuur, -niiskus ja -rõhk ning sademed;
- päikesekiirgus (GHI, DHI, DNI).
Mõõteandmed on kättesaadavad TalTechi tudengitele ja töötajatele Meteo lehel.
Uurimisrühma loodud päikeselabor asub samuti U06 õppehoones ning on kasutatav õppe- ja teadustöö raames.
2022. aastal lõid instituudi teadlased Anna Volkova, Eduard Latõšov, Vladislav Mašatin, Igor Krupenski ja Andres Siirde kõrgkooliõpiku "Jätkusuutlik kaugküte".
Keskkonna-, energia- ja keemiatehnoloogia uurimisrühm
Uurimisrühma juht: kaasprofessor tenuuris Oliver Järvik, PhD
Liikmed: Mihkel Koel PhD, Inna Kamenev PhD, Kristen Altof, Jelena Veressinina, Iqbaal Abdurrokhman PhD, Sunitha Allombadam Prabhakaran PhD
Doktorandid: Kati Roosalu, Laura Kiolein, Nouman Rafique, Pawan Chhipa
Uurimisrühm tegutseb järgmistes valdkondades:
- Kõrg- ja madaltemperatuurne soojusenergia salvestamine;
- Ioonsete vedelike ja süvaeutektilised segude rakendused;
- Vesi;
- Termokeemia;
- CO2 seonduv, sh CO2 püüdmine ja kasutamine;
- H2 tootmine ja salvestamine;
- Põlevkivi.
Keskkonna-, energia- ja keemiatehnoloogia uurimisrühm uurib põlevkivi, biomassi ja teiste süsinikupõhiste materjalide termokeemilisi muundamisprotsesse, keskendudes pürolüüsile, gaasistamisele ja põletamisele. Uurimistöö hõlmab nende protsesside saaduste koostise ja omaduste analüüsi, biomassi ja põlevkivi termilistes protsessides kooskasutuse võimalusi, tuhkade ja kõrvalsaaduste iseloomustamist ning CO2 püüdmise lahendusi.
Tähtsal kohal teadustöös on termiliste analüüsimeetodite, sealhulgas termogravimeetrilise analüüsi ja kalorimeetria, rakendamine materjalide ja ainete omaduste uurimisel.
Lisaks tegeleb rühm ioonsete vedelike ja süvaeutektiliste segude uurimisega eelkõige energiasalvestuse valdkonnas ning arendab masinõppel põhinevaid lähenemisi ainete, eelkõige ioonsete vedelike, omaduste hindamiseks, sidudes need eksperimentaalsete mõõtmistega.
Viimastel aastatel on lisandunud ka rohelise vesiniku tootmise temaatika ning vesiniku salvestuse võimaluste uuringud.
Uurimisrühma eesmärk on luua ressursitõhusaid ja väiksema keskkonnamõjuga lahendusi keemia-, energia- ja keskkonnatehnoloogia ristumiskohas.
Lahendused Enefit-280 tehastest kinni püütava CO2 kui tooraine kasutamiseks (2022)
Eesti Energia AS
Projekti eesmärgiks oli leida majanduslikult tasuvamad lahendused Enefit-280 tehastest kinni püütava CO2 kui tooraine kasutamiseks
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Balti elektrijaama tuhavälja liigveest kroomi vähendamise meetmete I ja II etapi uuringud (2022)
Enefit Power OÜ
Projekti eesmärk oli Balti elektrijaama tuhavälja liigveest kroomi vähendamise meetmete I ja II etapi uuringud optimaalseima kroomi ärastuse süsteemi lahenduse leidmiseks.
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Plastjäätmetest ja orgaanikat sisaldavatest jäätmetest õli tootmise (2022)
Viru Keemia Grupp AS
Täpsem info projekti kohta ETIS lehel
Balti elektrijaama keskkonda juhitava tuha transpordivee Cr-sisalduse alandamise lahendused (2021-2022)
Enefit Power OÜ
Erinevad alus- ja rakendusuuringud põlevkivielektrijaamade ja -põletusseadmete töökindluse, keskkonnakaitse, efektiivsuse ning ohutu töö tagamiseks.
Uurimisrühma olulisemad koostööpartnerid on:
- Falah Alobaid - Industrial Energy Systems, School of Energy Systems, Lappeenranta-Lahti University of Technology
- Dinis O. Abranches - CICECO-Aveiro Institute of Materials, Department of Chemistry, University of Aveiro
- Kalil Bernardino - Departamento de Química, Universidade Federal de São Carlos
- Indrek Reile – Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut