Kas see uus meetod aitab Eestis lahti saada kogu plastijäägist?
27. jaanuar 2023, 14:53
/nginx/o/2023/01/27/15103738t1h376c.jpg)
- TalTechi auhinnatud teadustöö soovitab plastijäätmetest vabanemiseks pürolüüsi.
- Vaja läheb põlevkivi ja põlevkivituhka, mida Eestis jätkub.
Teadlased on leidnud uue meetodi, kuidas pürolüüsi abil töödelda plastijäätmeid koos põlevkivi ja põlevkivituhaga nii, et tekib õli, mis võiks olla eraldi tooraineks mitmesuguste kemikaalide või muude toodete jaoks. Nüüd võib olla vaid aja küsimus, mil tööstused laborites kinnitust leidnud kasuliku tehnoloogia üle võtavad.
TalTechi Virumaa kolledži kütuste tehnoloogia teadus- ja katselabori uurimisrühma juht Olga Pihl kaitses 30. juunil möödunud aastal professor Allan Niidu juhendamisel edukalt teadustöö «Co-pyrolysis of Estonian Oil Shale with Polymer Wastes» («Eesti põlevkivi ja polümeerjäätmete koospürolüüs»). See peaks nüüd hakkama liigutama mägesid nii põlevkivi enda ressursitõhusama kasutamise suunas kui ka looma võimalused plastijäätmetest vabanemiseks, millele pole suudetud siiani ringmajanduse põhimõtetega klappivat kasutust leida.
Teadustöö pälvis tähelepanu juba enne selle kaitsmist, sest läinud aasta alguses hindas Taltech selle ülikooli 2021. aasta parimaks teadustööks.
Oluline argument seejuures oli asjaolu, et Olga Pihli juhitud uurimisrühma töö tulemus pakub käegakatsutavaid lahendusi, mida tööstusettevõtted saavad nüüd tootmisse juurutama hakata. Teadlaste pakutav tehnoloogia võimaldab nimelt orgaaniliste materjalide, nagu pakendijäätmed, vanarehvid, poroloon, kunstmuru või tuulikulabad, koostöötlemisel põlevkiviga ette valmistada lähtematerjale teistele keemiatööstuse harudele. Siiamaani ei ole just ülemäära palju neid kõrgel tasemel teadustöid, mis pakuks tööstusele reaalselt meie enda kodukamaral rakendatavaid lahendusi – baasuuringuid on küll palju, aga edulugusid nende rakendamisel napib.
Lisaks esitlesid Virumaa kolledži teadlased kõnealust uuringut ka eelmise aasta suvel toimunud Euroopa suurimal teadusfoorumil EuroScience Open Forum.
Jäätmeplastist saab kasulikku õli
Arendustöö keskendus põlevkivi ja teiste orgaaniliste, ennekõike polümeersete materjalide koostöötlemisele ning saadavate produktide omaduste uurimisele. Töö tulemused annavad põlevkivi töötlemisele sootuks uue mõõtme, lubades seda kasutada ringmajanduse edendamisel ning aidates sel moel luua kõrge lisandväärtusega tööstusharu.
Nii leidis kinnitust, et Eestis põlevkiviõli tootmiseks kasutatav tahke soojuskandja tehnoloogia lubab pürolüüsida põlevkiviga koos ka vanarehve ja plastijäätmeid. Sedasi on võimalik vähendada põlevkivi kasutust ja toota samal ajal kasulikku toorainet jäätmetest, mida seni on põletatud või ladestatud.
Põlevkivi ja plasti koospürolüüsi uurimise pikem eesmärk on peamiselt rõiva- ja plastitööstusele saadud õli baasil tooraine tootmine.
Pürolüüsi protsess kujutab endast materjali kuumutamist kinnises retordis ilma õhu juurdepääsuta. Koospürolüüsis tekivad gaas, õli ja tahke jääk ehk poolkoks, mis kõik võivad leida praktilise kasutuse energeetikas, keemia- või ehitusmaterjalitööstuses. Arendusprojekti muudab eriliseks asjaolu, et põlevkivi ja jäätmete koospürolüüsi saab tööstuslikult rakendada Eesti põlevkivitööstuses ning selle arendamiseks pole vaja uusi seadmeid. Kasutatavad materjalid ei nõua põhjalikku sorteerimist ja puhastamist, mistõttu on meetod tõhus ega vaja lisaenergiat.
Plastidest võib «välja pigistada» 80 protsenti õli
Olga Pihli sõnul alustati põlevkivi ja plasti koospürolüüsi uurimist juba eelmise kümnendi algusaastatel, seda eelkõige ajendatuna vajadusest plastijäätmetele ringmajanduse põhimõtetega sobivat rakendust leida.
Hiljem lisandus eesmärkide hulka rohepöörde üks põhimõtetest, mis ütleb, et peaksime piirama fossiilsete kütuste, sealhulgas põlevkivi kasutamist.
2018. aastal võeti selleks ajaks Virumaa kolledžis juba välja töötatud plastijäätmete koospürolüüsi meetodile kasuliku mudeli tööstusomandi kaitse. Umbes samal ajal hakkas asja vastu huvi tundma ka Eesti Energia.
Praegu on teada, et alates veebruarist alustatakse Auvere õlitehases purustatud rehvide lisamist põlevkivi pürolüüsiprotsessile. Kuna rehvid on polümeerne materjal nagu plast, võib eeldada, et peagi hakatakse nõnda ka plasti kasutama.
«Ainult põlevkivist tehtud õlis on päris kõrge väävlisisaldus, aga polüetüleeni või polüpropüleeni lisades saame õli, kus on tunduvalt vähem väävli- ja hapnikuühendeid.»
Olga Pihl
Olga Pihl ütleb, et Auveres juba aastakümneid kasutatav Enefiti pürolüüsi tehnoloogia sobib polümeersete materjalide termiliseks töötlemiseks, midagi olulist muutma selles ei pea. See on samasugune tehnoloogia, mida Viru Keemia Grupis nimetatakse Petroteriks ja mis seal on kasutuses juba aastast 2009.
«Pole vaja teha midagi muud, kui lihtsalt lisada põlevkivile purustatud rehvisegu või plast. Kui nende osakaal jääb 5 protsendi piiresse, ei ole olemasolevas tehnoloogias vaja midagi muuta,» kinnitab Pihl. «Pürolüüsi tehnoloogia seisneb selles, et energiakandjana kasutatakse kuuma tuhka, mis kuumutab põlevkivi üles, et see hakkaks lagunema. Ja kui põlevkiviga koos lisatakse retorti mingeid muid materjale, toimub see lagunemine samamoodi. Protsessi lõpptulemuseks on õli kondenseerumine.»
Katsed on näidanud, et plasti pürolüüsi õlisaak on märksa suurem kui põlevkivi puhul. Kui põlevkivist saab tööstuses kätte keskmiselt 15 protsenti õli, siis puhtalt plasti töötlemisel sarnase meetodiga on laboritingimustes saadud kätte isegi 80 protsenti.
Kui polümeerseid materjale soovitakse lisada suuremas koguses või kui tahamegi ainult rehvi- ja plastisegu baasil õli toota, siis on vaja tehnoloogiat mõnevõrra täiustada. Näiteks kondensatsioonisüsteem peab olema suurema läbilaskevõimega, sest mida rohkem plasti lisada, seda rohkem tekib õli.
Kogu Eesti plastiprügi saaks ära kasutada ja jääb puudugi
Taltechi Virumaa kolledži põlevkivi kompetentsikeskuse juhataja Kalle Pirk teab rääkida, et kui Eesti Energia tegi 2017. aastal oma tootmisseadmete peal katseid, saates koos põlevkiviga reaktorisse ka purustatud kummisegu, siis see katse õnnestus, mistõttu võib öelda, et tulemuslikkus on juba kontrollitud. Samas möönab Pirk, et plastiga selliseid tööstuslikke katseid veel tehtud pole.
«Laborikatsete põhjal võime öelda, et plastid sobivad pürolüüsi hästi. Küsimus on praegu selles, milline võiks olla õige proportsioon – kas 5, 10 või 20 protsenti, et see toimiks ka tööstuslikus protsessis ning oleks võimalikult efektiivne,» ütleb Pirk. «Katsed näitavad, et võib kasvõi pooleks panna ja asi toimib.»
Olga Pihl lisab, et ega ei olegi mõtet selle plastikoguse suurendamisega väga pingutada, sest plastijäätmeid lihtsalt ei tekki Eestis nii palju, et õlitootmisele püsivat toorainevoogu tagada.
HEA TEADA: Mida teha plastijäätmetega?
Plastijäätmete taaskasutamiseks on kolm põhimõttelist võimalust, millest ringmajandusse sobituvad kaks esimest:
- mehaaniline – läbi ümbersulatamise ja uuesti tooteks vormimise;
- keemiline (kemikaalidega töötlemine, pürolüüs, gaasistamine);
- põletamine.
Mehaanilisele ümbertöötlemisele alluvad vaid valitud plasttooted, mis on saadud ühe polümeeri baasil, mis sisaldab minimaalses koguses lisaaineid ja mida on võimalik enne sulatamist puhtaks pesta ja kõrvalistest detailidest eraldada. Kõige tähtsam on, et antud baaspolümeer üldse allub sulatamisele.
Sulatamisele eelnevad kogumise, sorteerimise, pesemise, kuivatamise ja granuleerimisprotsessid teevad ringlusse suunamise kalliks.
Mehaanilisele taaskasutusele mittealluvad plastjäätmed tuleks muuta uuesti algmonomeerideks, mis harvadel juhtudel on võimalik otsese kemikaalidega töötlemise kaudu.
Universaalsem lahendus on pürolüüs, mis lubab ümber töödelda jäätmeplasti, mis mehaaniliseks või kemikaalidega ümbertöötlemiseks ei sobi.
Siin tuleb lahendada mõned tehnoloogilised probleemid, millest olulisim on soojuse ühtlane ülekanne pürolüüsitavale materjalile.
Lisaks tuleb lahendada pürolüüsi gaasi, õli ja tahke jäägi kasutamise ja võimaliku jäätmena tekkiva reaktsioonivee utiliseerimine. Lisanduvad investeerimiskulud seadmetesse ja teenindavasse taristusse.
Kui kõik komponendid suunata kütusteks, siis on sama energiahulga kättesaamiseks odavam otsepõletamine.
Allikas: Hella Riisalu
Statistikaameti andmetel tekib Eestis aastas umbes 500 000 tonni olmejäätmeid ja vaevalt kümnendik neist on plastijäätmed. Arvestades, et õlitootmises kasutatakse aastas ca kaheksa miljonit tonni põlevkivi, siis selle juures 50 000 tonni plastijäätmete ärakasutamine oleks üsna lihtne.
Uuringute käigus analüüsiti ka õli kvaliteeti ja omadusi ning üsna kiiresti sai selgeks, et koospürolüüsil saadav õli sobib mitte ainult laevamootorite kütuseks, vaid ka keemiatööstuse tooraineks.
«Ainult põlevkivist tehtud õlis on päris kõrge väävlisisaldus, aga polüetüleeni või polüpropüleeni lisades saame õli, kus on tunduvalt vähem väävli- ja hapnikuühendeid,» räägib Olga Pihl. «Seega saame plastide lisamisega vähendada nende ainete sisaldust põlevkiviõlis, mis edasise kasutamise ja töötlemise seisukohast on hea näitaja.»
Kõik läheb mustalt ahju
Pihl ütleb, et kuigi kõik plasttooted sisaldavad teatud hulga täiteaineid, näiteks kriiti, siis üldiselt ei ole see protsessile takistuseks, sest need on valdavalt mineraalse iseloomuga ega jäta jälge saadava õli kvaliteedile. Lisaks pole kasutatavaid plaste tarvis enne töötlusse suunamist puhtaks pesta, sest orgaanilised lisaained pürolüüsi protsessi ei takista.
Koospürolüüs vähendab ka meie süsinikuheidet. Kui põlevkivis sisaldub palju kaltsiumkarbonaati, mis kuumutamisel emiteerib süsihappegaasi, siis polüolefiinide ja plastide töötlemisel on eralduvateks aineteks peamiselt vaid süsivesinikud.
Lugejal võib tekkida õigustatud küsimus, et kui juba 2018. aastal saadi põhimõtteline kindlus, et põlevkivi ja plastide koospürolüüs toimib ka tööstuslikult, siis miks selle tootmisse rakendamine on võtnud tervelt viis aastat?
Asjaajamine võtab aega
Selle ühe põhjusena toob Kalle Pirk välja asjaolu, et jäätmemajanduse seadusandlikes regulatsioonides käsitletakse ka pürolüüsi kui põletamist, mistõttu tootmisprotsess tuleb selle regulatsiooniga vastavusse viia. Asjaajamine ongi võtnud oma aja.
Lõppkokkuvõttes on ikkagi jäätmete põletamine parem kui ladestamine, sest saame toota energiat ehk jäätmeid taaskasutada. Pürolüüs on põletamisest aste edasi – jäätmeid keemiliselt töödeldes saame toota õli ehk jäätmeid uuesti ringlusse võtta.
Koospürolüüsi arendustöös osales Virumaa kolledži põlevkivi kompetentsikeskuse kütuste tehnoloogia teadus- ja katselabori uurimisrühm koosseisus Olga Pihl, Hella Riisalu (vanemteadur), Larisa Grigorieva (teadur), Dmitri Suštšik (keemiainsener), Larissa Kruglenkova (keemiainsener), Julia Kravetskaja (keemiainsener), Viktoria Petrova (keemiainsener), Nadežda Merkulova (spetsialist) ja Kai-Liis Vesper (laborant). Uuringuid toetas ELi Regionaalarengu Fond vastavast projektirahastusest.
Uurimisrühma rahulolu töö tulemustega kinnitab ka vanemteadur Hella Riisalu: «Lisaks on kogu uuring aluseks nii rohepöörde kui ka ringmajanduse põhimõtete reaalsele rakendamisele põlevkivitööstuse ja teiste sektorite koostöös, kasutades olemasolevat tehnoloogiat,» ütleb ta.