Rein Kuusik, vanemteadur, anorgaaniliste materjalide teaduslabor

Side algas õige juhuslike, kuid arengut toetavate asjaolude jadana. Anorgaaniliste materjalide teaduslabori ühe töögrupi juhina olin juba pikemat aega tegelenud vääveldioksiidi sisalduse vähendamisega põlevkivielektrijaamade suitsugaasides, kasutades selleks samas tekkivat aluselist põlevkivituhka, kui märkasin üht Jaan-Mati Punningu artiklit. Viimases esitati hüpotees, et põlevkivituhk võiks olla süsihappegaasi (CO2) siduvaks sorbendiks. Esmase katselise kontrolli tulemused lisasid entusiasmi ning üliõpilase bakalaureusetöö kinnitas selle põhjendatust. Ja kui ühel kenal päeval astus sama üliõpilane Mai Uibu mu kabineti uksest sisse sooviga teha magistritöö, siis ei olnud raskusi teema valikuga.

Toetavaid juhuslikkusi lisandus veelgi: helistas varasem partner Lappeenranta Tehnikaülikoolist palvega saada mu soovitusi, et leida Eestist koostööpartner CO2 sidumise temaatikal. Selle projekti (Nordic CO2 Sequestration) põhifookus oli doktorantide laiahaardeline täiendõpe ja nende tööde süvendatud juhendamine. Edasi läks õppe- ja uurimistegevus oma loogilist rada ning päädis Baltikumi esimese selleteemalise ning oponentide poolt kõrgsisukaks hinnatud doktoritöö kaitsmisega Mai Uibu poolt 2008. aastal.

Tehnikaülikooli alusuuringute sisust

Algul oli tähelepanu suunatud vaid CO2 sidumisele/eraldamisele põlevkivielektrijaamade suitsugaasidest. Uuriti läbi, võrreldi ning hinnati protsessi mitmete alavariantide – leeliselise ringlusvee ja kuivtuha ning tuha vesisuspensiooni karboniseerimine suitsugaasidega – võimalusi, aga ka atmosfäärse CO2 loodusliku sidumise olemust ja perspektiivi tuhaväljadel, näidati võimalusi protsessi intensiivistamiseks. Pakuti välja kontseptsioon CO2 heitme vähendamiseks AS Eesti Energia süsteemis (Joonis 1 ja Uibu, M., Velts, O., Kuusik, R., Developments in CO2 mineral carbonation of oil shale ash. J. Haz. Mat. (2010) 174, 209–214).

Töötati läbi kõik tehnoloogilise sidumise variandid, pakuti välja mitmed uudsed lahendused, mis patenteeriti. Samuti iseloomustati esmaselt kaltsiumkarbonaati (PCC, sadestatud kaltsiumkarbonaadi rahvusvaheline lühend), mis sadestub protsessi käigus, leides muuhulgas, et vesilahusest sadestub eelistatult romboeedriline kaltsiit (Joonis 2). Suuresti tänu Lappeenranta Tehnikaülikoolist emeriteerunud ja laboriga liitunud Juha Kallase asjatundlikkusele ja kontaktidele arenes selleteemaline koostöö Soome metsa- ja paberitööstuse suurettevõttega UPM-Kymmene OY.

Järgmiseks loogiliseks eesmärgiks oli välja töötada alusteadmised tuhavees sisalduva Ca-iooni sidumiseks CO2 abil PCC-ks.

Selleks oli vaja esmalt mõista selle mitmeastmelise protsessi mehhanismi, kineetikat ja dünaamikat ning seejärel osata neid protsesse matemaatiliselt kirjeldada, aga ka kirjeldada saadava kristallilise saaduse omadusi. Need ülesanded lahendati Olga Velts-Jänese doktoritöös (2011). Ühtlasi olime selleks ajaks mõistnud, et põlevkivituha leostamise protsess on võtmetähtsusega selle jäätme utiliseerimise kontekstis. Kadriann Tamme doktoritöö käigus (2016) selgitati välja portlantiidi (Ca(OH)2), kipsi (CaSO4x2H2O) ja oldhamiidi (CaS) lahustumise ja selle kineetika karakteristikud, mida kasutati süsteemis vesi-tuhk kulgevate protsesside ja nähtuste matemaatiliseks kirjeldamiseks, samuti vastavate reaktorite arvutamiseks ASPEN Plus platvormil.

Kuna olime praktiliselt pioneerideks suuremahulise tööstusjäätme toormena kasutamise valdkonnas PCC tootmisel, äratasid meie tööd tähelepanu ja andsid omapoolse tõuke analoogilisteks uuringuteks maailmas, sh rauaräbu kasutamisele. Kuna aga valdavalt ei sisaldu Ca-ühendeid neis jäätmeis – erinevalt põlevkivituhast – vees lahustuvas vormis, keskendus tähelepanu Ca-selektiivsete solventide/soolalahuste kasutamisele. Sarnane areng oli alanud ka meie uurimisrühmas. Valmisid esimesed tudengite lõputööd, ilmusid esimesed artiklid (Tamm, K.; Viires, R.; Kuusik, R.; Uibu, M. (2017). Calcium extraction from Estonian industrial wastes based on Ammonium solvents. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 224, 465−476. DOI: 10.2495/ESUS170431). Põlevkivituha kui toorme perspektiiv suurenes, sest solventide, eelkõige ammooniumsoolade vesilahuste kasutamisega puhta vee asemel õnnestus tõsta Ca-iooni sisaldust lahuses mitukümmend korda, saavutades Ca ekstraktsiooniastme 90–95%.

Algas koostöö ettevõttega R-S OSA Service AS

Enam kui viis aastat tagasi „haaras härjal sarvist“ Rootsi pereettevõte Ragn-Sells Grupp, mis on spetsialiseerunud taaskasutust ja ringmajandust toetavate lahenduste arendamisele ja realiseerimisele. Ettevõte tegutseb neljas riigis, Eestis annavad nad tööd ligi 300 inimesele.

Muidugi ei jäänud neil kahe silma vahele Eesti põlevkivituha unikaalne koostis ega ka probleemid väärindamisega. Tallinna Tehnikaülikooli uued tulemused, mida kontrolliti firma enda laborites, andsid positiivse sisendi põlevkivituha väärindamiseks kõigepealt PCC saamisega. Loodi sellealasele arendustööle keskendunud tütarfirma R-S OSA Service AS, käivitati süvitsi minevad rakenduslikud uurimistööd, partneriteks Tehnikaülikooli materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudi, Tartu Ülikooli ning ettevõtte enda laborid. Erinevates aspektides on partneriteks Eesti Energia, samuti Prantsuse suurfirma Tarkett ja Saksa firma Gealan.

Innovaatilistesse töödesse panustas kõigepealt ettevõte ise, seejärel on toetanud seda Balti- ja Põhjamaade suurima taaskasutuse projekti eri staadiume Eesti riik EASi kaudu ja Euroopa Regionaalarengu Fond kokku pea kahe miljoni euroga. Senist laiahaardelist ning intensiivset koostööd koordineerib professionaalse ja pühendunud projektijuhina Alar Saluste. Tehnikaülikooli poolt on andnud suure panuse Mai Uibu, Kadriann Tamm, Marve Einard, Andre Gregor, Can Yörük, Inna ja Sven Kamenev, Andres Trikkel jt, samuti hulk tudengeid. Tartu Ülikooli meeskonda juhib Riho Mõtlep.

Välja on töötatud uued lahendused, esitatud patenditaotlused. Põlevkivituha väärindamise kavasid on korduvalt tutvustatud Ida-Virumaa omavalitsustes, aga ka rahvusvaheliselt, sh Tallinnas toimunud allakirjutanu poolt initsieeritud konverentsil ACEME2021 ning Glasgow’s toimunud COP26 maailma kliimakonverentsil 1. novembril 2021 Maailma Kaubandus- ja Tööstuskoja laval, 2. novembril Põhjamaade laval, 6. novembril Euroopa Liidu laval Eesti-Soome ühisprogrammis ning 7. novembril maailma suurimal kliimateemalisel platvormil We Don’t Have Time. Projekti tutvustati ka Euroopa Komisjoni asejuhile Frans Timmermansile tema visiidil Ida-Virumaale käesoleva aasta maikuus, kes nimetas seda oma Twitteri kontol märgiliseks kogu Euroopas. 

Kas edulugu ka Tehnikaülikooli teadlastele?

Niisiis, tootmisega kavatseb Ragn-Sells alustada aastal 2028, nn demotehas käivitatakse 2024. Tehas hakkab plaanide kohaselt töötlema umbes 1,3 miljonit tonni põlevkivituhka aastas ja seob saadusesse – ülipuhtasse kaltsiumkarbonaati, seda peamiselt ta kristallmodifikatsiooni vateriidi (Joonis 3) vormis – 250 000 tonni CO2. Saadust tekib ettevõtte hinnangul pea pool miljonit tonni aastas. Kuna protsessi osatakse juhtida nii, et osakese suurus võib olla mõnest kuni paarikümne mikronini, on saaduse kasutusvaldkondade loetelu lai: paberi täite- ja pindamismaterjalina, toiduainete ja ravimite tootmisel, värvi- ja plasttoodete saamisel, aga ka tsemendi-, klaasi- ja keraaamiliste materjalide tööstuses.

Põlevkivituha väärindamise tehasega tuuakse regiooni investeeringuid hinnanguliselt 250 miljonit eurot, luuakse pea 100 uut töökohta ja antakse kaudselt tööd veel kuni 400 inimesele.

Kuna Tallinna Tehnikaülikooli anorgaaniliste materjalide teaduslabori rahvusvaheliselt tunnustatud töögrupp oli vastavate alusuuringute esmakäivitaja Eestis ning on andnud ja annab jätkuvalt olulise panuse antud projekti kõigis järgnevates etappides, on meil endilgi põhjust küsida: kas see on tõeline edulugu põlevkivituha loodussõbralikust taaskasutamisest, edulugu avaliku ja erasektori koostööst, kas on tegemist tõesti maailma esimese kliimapositiivse PCC projektiga? Eks lähemad aastad näitavad!