Särtsu ja särinaga saab veeaurust vesinikku

Kui tavapäraselt kasutatakse metallilise nikli ja keraamika segu, siis H2Electro kasutab täiskeraamilist materjali, mis juhib nii elektrone kui ka ioone – see on nn segajuht. Tavapärases lahenduses juhib nikkel elektrone ja keraamika ioone. Foto: Sander Ilvest

Vanamees õpetab noort. Võtab külmkapist pekitüki, hoiab seda näppude vahel ja paneb kappi tagasi. «Nägid mis juhtus?» küsib vanamees nooremalt. «Ei» vangutab too pead. «Aga vaata, näpud on rasvased,» ütleb vanamees. Nõnda talitab ka Eesti ettevõte H2Electro, mida juhivad tegevjuht Henrik Hal ja tehnoloogiajuht Silver Sepp, kes arendavad uudset kõrgtemperatuurset elektrolüüsi tehnoloogiat vesiniku tootmiseks. See tehnoloogia erineb oluliselt senistest lahendustest ja ettevõte loodab sellega saavutada läbimurde vesiniku tootmises, mille turumahuks prognoositakse 2035 aastaks 150 miljardit USA dollarit aastas.

Traditsioonilises elektrolüüsis kasutatakse sisendina vedelat vett, kuid H2Electro tehnoloogias kasutatakse elektrolüüsis veeauru. See võimaldab saavutada oluliselt kõrgema elektrilise efektiivsuse ja reaktsioonid toimuvad kõrgematel temperatuuridel efektiivsemalt. Kokkuvõttes kulub elektrienergiat umbes 25% vähem. Umbes 800-kraadise temperatuuri juures juhivad elektroodis laengut nii elektronid kui ka ioonid.

Kuigi saavutatakse väga kõrge efektiivsus, nõuab see äärmiselt vastupidavate materjalide kasutamist kogu süsteemis, mis muudab selle keerukaks ja suhteliselt kulukaks. Oluline uuendus on elektroodi materjal, kus toimub vesiniku eraldumine. Kui tavapäraselt kasutatakse metallilise nikli ja keraamika segu, siis H2Electro kasutab täiskeraamilist materjali, mis juhib nii elektrone kui ka ioone – see on nn segajuht. Tavapärases lahenduses juhib nikkel elektrone ja keraamika ioone.

Need keraamilised segajuht materjalid on välja töötatud Tartu Ülikooli Keemia Instituudis professor Gunnar Nurga töögrupis juba üle 10 aasta nii kütuseelementide kui ka elektrolüüserite jaoks. Sealt sündiski idee seda tehnoloogiat kommertsialiseerida.

Äriline potentsiaal ja tulevikuväljavaated

Henrik Hali sõnul kasutatakse vesinikku praegu umbes 100 miljonit tonni aastas, millest vaid väike osa toodetakse elektrolüüsi teel, ülejäänud pärineb fossiilkütustest, mida maakera on omale varunud miljoneid aastaid, kuid mille inimene on otsustanud ühe sajandiga kõik ära kulutada. Pärast Ukraina sõja puhkemist ja gaasi kättesaadavuse muutumist problemaatiliseks on vesiniku kasutuselevõtt muutunud energiajulgeoleku küsimuseks. Euroopas on otsustatud panustada rohelise vesiniku tootmisele tööstusprotsessides.

Traditsioonilises elektrolüüsis kasutatakse sisendina vedelat vett, kuid H2Electro tehnoloogias kasutatakse elektrolüüsis veeauru. Foto: Sander Ilvest

Siiski on rohelise vesiniku hind praegu veel kõrge, ulatudes Saksamaal tanklates 12 euroni kilogrammi kohta, millega saab sõiduautoga läbida u 100 kilomeetrit. H2Electro näeb oma tehnoloogia potentsiaali just tööstusprotsessides, nagu terasetööstus, ammoniaagi ja sünteetiliste kütuste tootmine, kus kasutatakse suuri koguseid vesinikku. Ettevõte on disaininud Rootsi partneriga lahenduse, mis näitab kõrgtemperatuurse elektrolüüsi vajalikkust sellistes protsessides.

Kõrgtemperatuurne elektrolüüs võimaldab ka süsihappegaasi konverteerida metaaniks. Reaktorist eraldub sünteesgaas (vesiniku ja vingugaasi segu), mis suunatakse edasi metaani sünteesimiseks. Selle protsessi efektiivsus on mõned protsendid kõrgem kui tavalise elektrolüüsi puhul. Sünteesgaas on väärtuslikum produkt kui puhas vesinik, eriti sünteetiliste kütuste tootmisel.

Sarnaselt tavalisele elektrolüüsile, kus veest eraldatakse elekrivoolu abil vesinik ja hapnik, eraldub ka veeauru elektrolüüsil ühel elektroodil vesinik ja teisel hapnik. Erinevus on selles, et kui koolis toimunud elektrolüüsis oli elektrolüüdiks vesilahus, siis H2 Electro tehnoloogias on elektrolüüt tahke aine.

Konkurents ja turuolukord

Aastal 2022 rakendati maailmas ligi 1 gigavatti elektrolüüsereid, 2024. aastal juba üle 5 gigavati. Eesmärk on aastaks 2030 suurendada rohevesiniku tootmismaht 160–200 gigavatini ja aastaks 2035 isegi 500–1000 gigavatini. See tähendab olulist kasvu elektrolüüserite tootmises.

Praegu on kõrgtemperatuursete elektrolüüserite toodetava vesiniku turuosa alla 1%, kuid aastaks 2035 peaks see kasvama umbes 20 protsendini. Turumahuks prognoositakse sel ajal kokku 50–150 miljardit USA dollarit aastas.

Kuigi kõrgtemperatuursed elektrolüüserid on praegu kallimad kui aluselised elektrolüüserid, on oodata hinnalangust tootmise skaleerimisega. H2Electro tehnoloogia on eriti sobiv tööstusprotsessides, kus saab ära kasutada jääksoojust. Samuti on see oluline alternatiiv taastuvenergia salvestamiseks perioodidel, mil võrk ei suuda seda vastu võtta. Vesiniku transportimiseks on Euroopas plaanis rajada trassid, mis läbivad ka Eestit. See annab võimaluse suunata toodetav energia trassi, kui turg seda nõuab või siis kohapeal võimalusel seda väärindada, kas ammoniaagiks või sünteetilisteks kütusteks.

Eesti teadust kajastavat ajakirjandust toetab Euroopa Liidu ja Haridus- ja Teadusministeeriumi TemTA programm.