Kuum teekond kestliku energeetikani
Kõrgtemperatuursete energiamaterjalide arendamine aitab luua töökindlaid ja tõhusaid energiamuundamisseadmeid, mis võimaldavad liikuda fossiilsete energiakandjate juurest kestlikuma energeetika poole.
Tartu Ülikooli kõrgtemperatuursete energiamaterjalide professor Gunnar Nurk rõhutab, et tõhusad ja odavad energia muundamise tehnoloogiad on päikese- ja tuuleenergia suuremahuliseks rakendamiseks hädavajalikud.
„Tuule ja päikese juhitamatu loomuse tõttu on perioode, mil elektrienergiat on palju, aga vajadus selle järele väike. Sellisel ajal saaks elektri abil toota vesinikku või sünteesgaasi, mida oleks võimalik kasutada kas transpordisektoris või keemiatööstuses,“ selgitab Nurk.
Tema juhitav kõrgtemperatuursete energiamaterjalide töörühm töötabki selle nimel, et suurendada selliste seadmete jõudlust ja vastupidavust ning vähendada nende tootmishinda. Kõrgtemperatuursed elektrolüüserid võimaldavad vesinikus või sünteesgaasis peituvaks keemiliseks energiaks muundada ligikaudu 70% elektrienergiast ning nende valmistamiseks pole vaja haruldasi ja kalleid materjale.
Praegu on Nurgal käsil kaks kõrgtemperatuurse elektrolüüseri vesinikelektroodide arenduse projekti. Neist ühe, koostöös ettevõttega H2Electro ellu viidava projekti eesmärk on arendada elektrolüüseri valmistamise tööstuslikku tehnoloogiat. Üheskoos on materjale juba välja töötatud, katsetatud ja keskmise mahuga elektrolüüserpatareides rakendatud.
„Märkimist väärivad ka kõrgtemperatuursete elektroodimaterjalide keemilise koostise ja elektrokeemiliste omaduste omavaheliste seoste uuringud koostöös kolleegidega füüsika instituudist. Esimesed tulemused on avaldatud ja need on pälvinud väliskolleegide suurt huvi. Loodame selles valdkonnas jõudsalt edasi liikuda,“ räägib Nurk uudsete materjalide otsingule ja alusuuringule keskendunud projekti tutvustades.
Professor Nurga mitmekülgsed kogemused, teadmised ja oskused teevad temast oma valdkonna hinnatud asjatundja. Tal on olnud võimalus töötada ka ühes Rootsi ja kahes Šveitsi laboris. Nurk ütleb, et need kogemused on avardanud silmaringi teaduslikus mõttes, tekitanud erialaseid kontakte ning andud võimaluse mõista Eesti teadustöö tugevaid ja ka nõrku külgi.
„Rootsi ja Šveitsi teadlased ei erine Eesti teadlastest, erineb pisut vaid töö iseloom ja teatud võimalused. Kui Eestis tuleb teha ühel töörühmal ja ühes laboris nii alus- kui ka rakendusteadust, siis Šveitsis on need rollid pigem jaotatud eri töörühmade vahel.“
Gunnar Nurk on lõpetanud Tartu Ülikooli doktorikraadiga 2003. aastal. Lisaks põhjalikele elektrokeemilistele adsorptsiooniuuringutele on ta aktiivselt osalenud süsinikmaterjalidel põhinevate superkondensaatorite arendamise töös.
Tema teadustöö suurima osa moodustab kõrgtemperatuursete kütuseelementide arendus, mis algas koostöös AS-iga Elcogen ja esialgu keskendus peamiselt katoodidele. Praeguseks on tegevusala märgatavalt laienenud ning töörühma publikatsioonide hulgast leiab uurimusi, mis käsitlevad kõrgtemperatuursete kütuseelementide anoodide koostist, struktuuri ja elektrokeemilisi omadusi.
Nurk on avaldanud üle 70 teadusartikli, juhendanud viit doktoritööd ja üle kümne magistritöö ning koostanud ja pidanud nii bakalaureuse- kui ka magistriastme loengukursusi keraamiliste materjalide tehnoloogia alal. Ta on olnud kaasatud paljudesse teadusprojektidesse ning juhtinud nii personaal- kui ka rühmagrantidega rahastatud teadusprojekte. Ta on Rahvusvahelise Elektrokeemia Seltsi ja Elektrokeemiaühingu liige.
Gunnar Nurk on töötanud keemia instituudis alates 2001. aastast teaduri, vanemteaduri ning füüsikalise ja elektrokeemia kaasprofessorina. Ta juhib jätkusuutliku rohevesiniku ja energiatehnoloogia tippkeskuses kõrgtemperatuursete energiamaterjalide töörühma. Alates 1. jaanuarist 2024 on Gunnar Nurk kõrgtemperatuursete energiamaterjalide professor.
UT palus uuel professoril täita ankeedi, et saaksime temaga tutvust teha.
Uurimistöö sisu ühe lausega
Uurin kõrgtemperatuursete elektrokeemiliste energiamuundamisseadmete (elektrist kütuseks muundamine ja vastupidi) jõudlust piiravaid ja stabiilsust vähendavaid protsesse ning püüan leida neile süsteemidele uudseid, paremate omadustega materjale.
Teadustöö kasu ühiskonnale
Tuule ja päikese juhitamatu loomuse tõttu on perioode, mil elektrienergiat on palju, aga vajadus selle järele väike. Sellisel ajal saaks elektri abil toota vesinikku või sünteesgaasi ja kasutada seda kas transpordisektoris või keemiatööstuses.
Kõrgtemperatuursed elektrolüüserid on sellisteks protsessideks elektriliselt kõige tõhusamad – need võimaldavad keemiliseks energiaks muundada ligikaudu 70% elektrienergiast. Kuna kõrgtemperatuursete elektrolüüserite ja kütuseelementide valmistamiseks ei ole tarvis kasutada väga haruldasi ja kalleid materjale, näiteks plaatina või iriidiumi, saab neid seadmeid toota mõistliku hinnaga.
Ka elektri tootmine kõrgtemperatuursetes kütuseelementides on väga suure kasuteguriga. Eriti atraktiivsed on sellised süsteemid paikades, kuhu elektrivõrk ei ulatu, aga ka tiheasustusaladel, et kodudesse paigaldatud süsteemidest tipptunnil võrku lisaelektrit pakkuda.
Parim osa tööst
Parim osa teadustööst on tulemuste tõlgendamise protsess. Kui nähtusele ilmneb veenev lahendus või selgitus, on rõõm ja rahulolu suur. Väga nauditav on ka kellegi teise elegantse teadustööga tutvumine. On meeldiv näha oivalist katsedisaini ja veenvat lahendust, õppida midagi uut ja seostada seda nähtustega enda töös. Arutelud kolleegidega kuuluvad ka kindlasti parima osa hulka.
Kõige põnevamad teemad, mida uurida
Väga huvitav ja üsna läbiuurimata ala on oksiidsete elektroodimaterjalide pindadel kõrgel temperatuuril (600–850 kraadi) toimuvad protsessid. Kõrge temperatuuri tõttu on selliste protsesside uurimine tehniliselt väga keeruline. Vaatamata sellele on meil koostöös Prantsuse, Rootsi ja Saksa teadlastega õnnestunud hankida väärtuslikku teavet elektroodi pindade keemilise käitumise kohta. Sellele tuginedes on võimalik välja töötada uusi aktiivsemaid ja vastupidavamaid materjale.
Olulisim avastus
Loodan, et suurimad teaduslikud avastused seisavad veel ees, aga seni tehtust pean ise oluliseks töid, milles selgitame kõrgtemperatuurse kütuseelemendi katoodi poorsuse ja aktiivsuse vahelisi seoseid. Selle uurimistöö üks väljund on koostöös AS-iga Elcogen kaitstud rahvusvaheline patent.
Oluliseks pean ka teadustöö tulemuste rakendamist praktilistes süsteemides. Need püüdlused realiseerusid möödunud sügisel koostöös H2Electro OÜ-ga valminud uudsetel redoksstabiilsetel elektroodimaterjalidel põhineva kõrgtemperatuurse elektrolüüserpatarei prototüübina.
Sütitavad mõtlejad
Minu elektrokeemiahuvi sütitaja ja õpetaja paljude aastate vältel on olnud professor Enn Lust. Hindan väga tema laia silmaringi, fundamentaalteaduslikku huvi elektrokeemiliste ja materjaliteaduslike probleemide vastu ja ka soovi tulemusi päris elus rakendada.
Raamatute vahendusel on mind kõnetanud paljude teadlaste mõtted. Näiteks Erast Parmasto defineeris oskuslikult mitmed teadustöö olemust puudutavad küsimused, mida on kasulik igal noorel teadlasel meeles pidada.
Hobid
Praegusel eluetapil kulub suurem osa töövälisest ajast perele. Kui sellest aega üle jääb, siis naudin lugemist, muusika kuulamist ja matkamist. Vahel õnnestub ka sõpradega midagi toredat ette võtta.
Vaimne või füüsiline tervis?
Vaimne saab füüsiliseta ja füüsiline vaimseta hakkama väga lühikest aega. Seega on mõlemad olulised ja vajavad tähelepanu.
Töö üksi või rühmas?
Teadustöö eeldab süvenemist ja uute teadmiste omandamist – üksi on see tegevus tõhusam ja mõte ei jää pinnapealseks. Infovahetus ja arutelud on aga samuti vajalikud ning aitavad leida uusi lahendusteid ja vaatenurki.
Teadus- või õppetöö?
Kui peaksin valima, siis valiksin teadustöö, kuigi teadusliku probleemi lahendamise protsess, s.t arutelu tudengitega, mis on ju ka õppetöö vorm, pakub rõõmu nii intellektuaalses kui ka sotsiaalses mõttes.
Parim viis puhata
Parim puhkus on köitev raamat. Suurt lugemisnaudingut on mulle pakkunud Mika Waltari looming.
Mida peaks teadma kõrgtemperatuursete energiamaterjalide kohta?
Kõrgtemperatuursete energiamuundamissüsteemide elektriline efektiivsus on parim, kuid nende puudus on kõrgest töötemperatuurist tingitud küllaltki pikk käivitusaeg. Tuleviku energiakontseptsioonis ei ole üht ja ainust tehnoloogiat, mis kõik probleemid lahendaks. Olenevalt primaarenergiaallika iseloomust ja muudest tingimustest, näiteks turuhinnast ja elektrivõrgust, leiavad rakendust erinevad tehnoloogilised lahendused.
Mida loengusse tulles silmas pidada?
Osalege loengus aktiivselt! Kui midagi jääb ebaselgeks, siis ärge kartke küsida.
Lisa kommentaar