Doktoritöö: põlevkivile biomassi lisades saab toota puhtamaid kütuseid

Kuus aastat tagasi Kolumbiast Eestisse õppima tulnud mehaanikainsener Alejandro Lyons Cerón keskendus oma töös biomassi ja põlevkivi koospürolüüsi uurimisele. "See on termokeemiline protsess, mille käigus kuumutatakse orgaanilisi materjale, nagu biomassi, näiteks koos põlevkiviga, ilma hapniku juurdepääsuta, et valmistada vedelaid, tahkeid ja gaasilisi tooteid," selgitas värske doktor.

Tekkinud vedelaid tooteid, peamiselt bioõli, saab rafineerida omakorda transpordikütusteks – näiteks diisliks, bensiiniks või lennukikütuseks. "Samas on seda võimalik kasutada tööstuslikes kateldes ja ahjudes või toorainena väärtuslike kemikaalide näiteks fenoolide, atsetooni ja äädikhappe tootmiseks," lisas Lyons Cerón.

Tahke saadusena tekkivat suure energiasisaldusega sütt saab kasutada kütusena elektri tootmiseks või tööstuslikes protsessides. Biomassi baasil moodustuv bio- ehk puusüsi parandab aga mulla omadusi. Gaasina eralduv süngaas sobib elektrienergia ja paljude keemiatoodete, nagu metanooli ja ammoniaagi tootmiseks.

Uurimistöö käigus tegi värske doktor olemasoleva kirjanduse baasil esmalt põhjaliku analüüsi. Selle tulemusena valmis optimeeritud katsete ja arvutusmudeli. Tema eesmärk oli analüüsida koospürolüüsi eripärasid erinevate mastaapide korral ja kirjeldada saadud tooteid.

Töö hõlmas ka termogravimeetrilist analüüsi (TGA), mille käigus mõõdavad teadlased materjali massi muutust temperatuuri funktsioonina kontrollitud atmosfääris. Lyons Cerón uuris iga lähtematerjali nii eraldi kui ka koospürolüüsis, samuti koospürolüüsi katsekambris ning pidevvoolureaktoris õli ja söe tootmiseks. Ta hindas kolleegidega kõiki tulemusi lähtudes sellest, kuidas toimusid biomassi ja põlevkivi vahelised reaktsioonid ja millised on protsessi potentsiaalsed eelised.

Koospüroloosi eelised

Uuring näitas, et koospürolüüsil saadud õlide omadused on paremad kui ainult biomassi või põlevkivi pürolüüsil saadud õlidel.

Näiteks tekib biomassi hapnikuvabas keskkonnas kuumutades sageli palju hapnikku sisaldavat bioõli. See muudab bioõli selle kuumutamisel ebastabiilsemaks, vähendab selle kütteväärtust ja muudab õli ka söövitavaks. Teisisõnu ei saa seda mootorites või tööstuslikes rakendustes otseselt kasutada, ilma, et seda eelnevalt ulatuslikult töötlema peaks.

Põlevkivi pürolüüsil vallandub aga samas atmosfääri hulganisti uusi kasvuhoonegaase. Samuti kulub pürolüüsiks rohkem energiat ja tekivad happelised kõrvalproduktid – väävliühendid.

Alejandro Lyons Ceróni leidis oma töö põhjal, et biomassi ja põlevkivi koospürolüüs aitab need probleemid lahendada. Lähtematerjalide kombineerimine ei parandanud mitte vaid õli energiasisaldust ja stabiilsust, vaid vähendas ka individuaalse pürolüüsi keskkonna- ja töötlemisprobleeme. Nõnda saab tema sõnul toota puhtamaid ja tõhusamaid kütuseid, parandades samal ajal protsessi tõhusust ja muutes seda jätkusuutlikumaks.

Lisaks sai optimeerida protsessis tekkiva õli hulka, vähendades samas tahkete jääkide ja gaasiliste kõrvalproduktide teket.

Samas näitas eksperimentaalsete seadmetega tehtud analüüs, et biomassi ja põlevkivi vastastikmõju koospürolüüsi ajal näitab minimaalset sünergiat. Teisisõnu ei pärsi ega paranda nende kombineeritud reaktsioonid oluliselt keemilisi muundumisi ega mõjuta toote mahtu või hulka. Viimane käib vastu varasemate uuringute tulemustele.

Kohalik toore?

Alejandro Lyons Cerón nentis, et Eesti energeetikasektorit on pikka aega iseloomustanud sõltuvus põlevkivist. Kuigi ressurss on majanduslikult väärtuslik, on selle kasutamisel märkimisväärsed keskkonnamõjud. "See uurimus näeb koospürolüüsi kui võimalust, kuidas biomassi energiatootmises tõhusalt ära kasutada ning samal ajal võimaldab see ka tööstuse kaasajastamist," lisas värske doktor.

Täpsemalt sihib Lyons Cerón ühe biomassi allikana metsatööstuse jääke. "Kohalike, aga samas kõrgekvaliteediliste ja puhtamate kütuste tootmine võiks tuua majanduslikku kasu, sest see muudab metsatööstuse jäätmed väärtuslikuks tooraineks ja aitab ühtlasi Eestil täita Euroopa Liidu kliimaeesmärke, vähendades kasvuhoonegaaside heidet põlevkivi töötlemisel," selgitas ta. Siinkohal on tema sõnul tähtis ka riigi energiaportfelli mitmekesistamine.

Kuigi doktoritöö tõi esile ka koospürolüüsi võimalikud piirangud ja probleemid, peab Lyons Cerón seda siiski kasulikuks. "See töö näitab, et tehnoloogilised uuendused võivad muuta väljakutsed võimalusteks, muutes nii koospürolüüsi elujõuliseks vahendiks nii energia- kui ka keskkonnaalaste eesmärkide saavutamisel," sõnas ta.

Loe Alejandro Lyons Ceróni doktoritööd Tallinna Tehnikaülikooli digikogus. Lyons Ceróni juhendas Tallinna Tehnikaülikooli professor Alar Konist, oponendid olid professorid Bo G Leckner Chalmersi Tehnikaülikoolist ja Timo Kikas Eesti Maaülikoolist.

Allikas: https://novaator.err.ee/