Vesinikuenergial põhinev tehnika on juba olemas – küsimus on hinnas. Fotol Saksamaal vurav rong.
FOTO: Pixabay.com

Teadlased tõmbavad Eestit vesinikuenergia rongile

Aktuaalne

Teadlased ja ettevõtjad on vesinikuenergiaga tegelenud juba aastakümneid. Möödunud aasta juulis Euroopa Liidus vastu võetud vesinikustrateegia on pööranud ka siinsete inimeste pilgud selle tulevikukütuse poole, millel on potentsiaali olla täiesti keskkonnasõbralik. 

Alternatiivenergiast hakati rohkem rääkima 2008. aastal. „Siis ei olnud vesiniku laialdaseks kasutuselevõtuks tegurid veel paigas. Ennekõike oli vaja piisavalt palju odavat taastuvenergiat,“ kommenteerib Majandus- ja Kommunikatsiooniministeeriumi taastuvenergia valdkonnajuht Liisa Mällo. Kümme aastat hiljem tuli Euroopa Komisjon välja kliima- ja energiapaketiga, mille eesmärk oli aidata kaasa kasvuhoonegaaside heite vähendamisele ja suurendada taastuvenergia osakaalu EL-i energiatarbimises.

Taastuvenergia alla kuuluvad näiteks tuule- ja päikeseenergia, mille osakaal on Eestis aastatega küll kasvanud, kuid jääb põlevkivienergiale endiselt alla. „Taastuvenergial on muutlik iseloom. Kord puhub tuul, kord ei puhu; kord paistab päike, kord ei paista,“ sõnab TÜ kolloid- ja keskkonnakeemia õppetooli juhataja ja kaasprofessor Kaido Tammeveski. Nii võib tekkida olukord, kus näiteks tuule- või päikeseenergiat kas ei ole piisavalt või on niivõrd palju, et seda ei jõuta ära tarbida. Ent vesinikku kasutades sellist probleemi ei tekiks.

Eestis hakkab valmis saama maailma esimene vesinikkütusel töötav isejuhtiv auto. Fotol selle arendamisega tegelev meeskond. FOTO: Viivi Järve

Vesinikutehnoloogia on aga küllaltki kallis. Ühelt poolt tuleb rajada taristu või kohandada seda uutele vajadustele vastavaks, teisalt hakkab rahakoti pihta vesinikuenergial põhineva tehnika hind. Näiteks Toyota vesinikuauto Mirai maksumus jääb 60 000 euro juurde. „Keskklassi inimene Euroopas oleks nõus selle ostma 30 000 euroga,“ ütleb Tammeveski. „Üle-eelmisel aastal müüs Hyundai umbes 4000 vesinikuautot, põhiliselt Lõuna-Koreas. Toyota müüs Jaapanis üle 3000 vesinikuauto. Kui mõelda sellele, kui palju aastas autosid toodetakse, on see ikka väga väike osa.“

Suurt sammu on keeruline astuda

Vesinikuauto krõbe hind tuleneb suurel määral masina kallitest osadest. Tavaauto sisepõlemismootori asemel kasutatakse selles plaatinakatalüsaatoriga kütuseelementi ning väärismetall ongi see, mis hinna kõrgeks ajab. „Plaatina ise on kallis ja palju maksab ka selle katalüsaatori enda süntees. Plaatina ei ole kütuseelemendis kompaktse metallina, vaid see peab olema nanoosakestena süsinikkandja peal,“ selgitab käesoleva aasta alguses TÜ-s keemia erialal doktoritöö kaitsnud Sander Ratso, kes püüdis oma uurimuses plaatinale taskukohasemaid alternatiive leida.

Bakalaureuseõpingute alguses Kaido Tammeveski uurimisrühmaga liitunud Ratso on kogu ülikooliaja vältel tegelenud katalüsaatormaterjalide väljatöötamisega. „Kui praegu kasutatakse kütuseelemendis katalüsaatorina väärismetallidel põhinevaid materjale, siis meie kasutame süsinikmaterjale, mis on odavamad,“ tutvustab Ratso oma teadustöö sisu. Esialgu uuriti selliseid materjale nagu grafeen ja süsinik-nanotorud ning muudeti nende pindkihi keemilist koostist, et anda sellele paremad omadused. „Modifitseerisime neid alguses ainult lämmastikuga ja pärast odavamate siirdemetallidega nagu raud ja koobalt,“ täpsustab Ratso.

Sander Ratso näitamas enda loodud katalüsaator-materjali.  FOTO: Katre Tatrik

Senised katsed pole küll andnud praeguse tehnoloogiaga päris võrreldavaid tulemusi, aga Ratso on lootusrikas. „Natuke maad on veel minna, eriti materjali stabiilsuse mõttes – et kuidas see muutub, kui peab autos viis aastat töötama. On veel üks paljulubav tehnoloogia, mis põhineb anioonvahetusmembraaniga kütuseelemendil, ja selles näitavad meie kasutatavad materjalid juba paremaid omadusi kui plaatinakatalüsaator.“

See uurimissuund on praegu teadusmaailmas väga huvipakkuv ja Ratso sõnul toimub igal aastal suur edasiminek. „Kindlasti on paari aasta pärast kasutusel juba uued ja efektiivsemad materjalid.“ Ratso ütleb aga, et tema tehtud töö põhiväärtus pole mitte loodud materjalides, vaid rakendatud meetodites. „Peamine ongi anda edasi meetodeid, kuidas katalüsaatormaterjale paremaks teha. Seal on teadushuvi püsivam,“ ütleb Ratso.

Suurest konkurentsist olenemata on Ratso töödele viidatud sadu kordi. „Viidete arvu järgi võiks ta praegu kaasprofessoriks kandideerida,“ kiidab juhendaja Kaido Tammeveski, kes on elektrokatalüütiliste protsessidega tegelenud juba üle 20 aasta. Ta meenutab, et kui tema doktorant oli, ilmus selles valdkonnas neli-viis artiklit kuus; praegu on neid iga kuu juba üle saja. „Ütleme nii, et suurt sammu on siin keeruline edasi astuda, sest konkurents on väga tihe.“ Tammeveski sõnul on Eesti teadlastel siiski õnnestunud olla esimeste hulgas, kes vesinikuenergiaga tegelema hakkasid. Võimalusi on tublisti lisanud viljakas TÜ teadlaste rahvusvaheline koostöö mitme tuntud töörühmaga.

Uuring käib, strateegia tuleb

Teaduse vaatevinklist lahendusi juba on, need ootavad vaid ametkonna heakskiitu ja ettevõtete soovi ideid teoks teha. Märksa suurem ettevõtmine on uue tehnika kasutuselevõttu soosiva taristu loomine. „Ülikoolid saavad pakkuda nõuandeid ja paremaid lahendusi, aga suurem initsiatiiv peaks tulema ikkagi ettevõtlusest,“ selgitab Tammeveski.

Kaido Tammeveski kütuseelemendi testsüsteemi taustal. FOTO: Viivi Järve

Ministeeriumi taastuvenergia valdkonnajuhi Liisa Mällo sõnul on Eestis vesinikutehnoloogia kasutuselevõtuks kavandatud 50 miljonit eurot, mille abil kiirendatakse rohelise vesiniku tootmist ja kasutuselevõttu. Selle eesmärk on katsetada projektide kaudu Eestis vesiniku tervikahelate toimimist, alustades rohevesiniku tootmisest ja lõpetades tarbimisega. Kuna raha tuleb EL-i taaste- ja vastupidavusrahastust, kehtib tingimus, et projektid tuleb ellu viia hiljemalt 2026. aasta suveks. Lisaks on eraldatud 5 miljonit eurot CO2 kvoodi müügi tulust, mida saab esimese katseprojekti rahastamiseks kasutada 2024. aasta novembrini.

Taasterahastu tihe ajakava on Mällo sõnul seotud ka koroonakriisis kannatanud majanduse elavdamisega, sh eesmärgiga luua rohkelt uusi töökohti. Lisaks ehitustöödeks ja jaamade rajamiseks vajamineva tööjõu värbamisele tuleb õpetada välja inimesi, kes oskavad uut tehnoloogiat kasutada. „Vaja on koostööd Haridus- ja Teadusministeeriumi, Eesti Teadusagentuuri ning ülikoolide vahel, et oleks eksperte, kes suudaksid neid projekte käivitada – et me ei hakkaks töökäsi sisse ostma,“ avaldab Mällo arvamust.

Vesinikubussid Keilasse

Mõnes valdkonnas ei tule siiski alustada täiesti nullist. Vesiniku hoiustamise ja transpordi tingimused sarnanevad paljuski maagaasi omadega, seega võiks vesinikku tarnida maagaasivõrgus, nagu tehakse juba mõnes Lääne-Euroopa riigis.

Möödunud aastal Tallinna Tehnikaülikoolis Eleringi tellimusel tehtud uuring Eesti maagaasisüsteemi kohta näitas, et siin väga lootusrikas olla ei tasuks. „Meie taristu on suuremas osas üsna vana, nõukaaegne,“ ütleb Mällo. Uuringu järgi on osas kohtades torustikku küll taastatud, aga kuna vesinikumolekul on metaani omast märksa väiksem, võib juhtuda, et see pääseb torude ühenduskohtadest välja. „See ei ole mõistlik, kui kallis kraam raisku läheb,“ märgib Mällo.

Teine probleem vana taristu kasutuselevõtul on see, et vesinik ei jagune hetkega gaasivõrgus ühtlaselt, vaid võrku suunamise kohtades on seda suurema kontsentratsiooniga. Selleks ei ole praegused gaasiseadmed valmis. „Potid ja pannid võivad hakata kodudes lendama,“ hoiatab Mällo muiates. Vesiniku tarnimiseks võib olla ka teisi lahendusi, aga need jäävad veel pisut kaugemasse tulevikku. Kõigepealt võetakse ette katsetused, kuidas pakkuda vesinikuenergiat transpordisektoris. „Need lahendused on kõige madalamal rippuvad viljad,“ ütleb ta.

Esimene katseprojekt peaks aset leidma Keilas, kus on plaanis juurutada vesinikutehnoloogiat näiteks bussi- ja rongitranspordis ning raskevedudel, aga ka kodumajapidamisse paigaldatavates kütuseelementides. „Keila ja Tartu katseprojektist peaks saama infot kogu Eestit hõlmava tervikliku kontseptsiooni koostamiseks,“ ütleb TÜ füüsikalise keemia õppetooli juhataja professor Enn Lust.

Lusti sõnul on selle projekti käigus lisaks kavas koolitada spetsialiste, poliitikuid ja omavalitsuse töötajaid ning võimaluse korral toota ka energiasalvesteid. „Kui leitakse raha ja sõlmitakse lepingud, peaks ülikool kaasa aitama Keila päikesepargi toodetud elektri salvestamisele naatriumioonpatareides,“ toob ta plaanitavast ühe näite. Lust ütleb, et eelduste täitumise korral alustatakse patareide tootmist Eesti toorainest, näiteks mudaturbast, mis on süsinikuallikas, ja mereveest, milles leidub naatriumi.

Kas enne on kana või muna?

Küsimus on veel selles, millise vesiniku tarvis taristu luua. Kõige levinum vesiniku tootmise viis on maagaasi konversioon veeauruga, mille tulemus on n-ö hall vesinik. „Aga see ei ole meetod, mida oleks kliimaeesmärke silmas pidades vaja, sest selle protsessi käigus vabaneb samuti CO ja CO2. See meid ei päästa,“ ütleb Kaido Tammeveski. „Saab kasutada ka CO2 püüdmise tehnoloogiat, aga see teeb kogu protsessi tehniliselt keerukamaks, tõstab vesiniku hinda ja lõpuks tekib küsimus, mida kinnipüütud CO2-ga peale hakata.“

Hall, sinine ja roheline vesinik

Vesinikku võib saada mitmel viisil. Halli vesinikku eraldatakse maagaasist, kuid selle protsessi käigus eraldub atmosfääri suures koguses süsinikdioksiidi. Sinisest vesinikust saab rääkida siis, kui sama protsessi käigus püütakse suurem osa CO2-st kinni. Rohelist vesinikku toodetakse elektrokatalüüsi käigus veest. Nagu nimetus viitab, on selleks protsessiks tarvis elektrit. Rohelise vesiniku tootmiseks kasutatakse taastuvenergiat.

Mõnel pool soovitakse halli vesinikku siiski kasutada, et arendada vesinikuturgu ja hiljem rohelise vesiniku odavnedes see kasutusele võtta. „Riikides, kus on suured tööstusettevõtted, tekib vesinikku juba protsessi käigus. Keegi ei keela neil sinist või halli vesinikku tarvitada,“ teab  Liisa Mällo. 

Möödunud aasta märtsis pandi Riias püsti Baltikumi esimene ja siiani ainuke vesinikutankla, kus pakutav kütus on toodetud maagaasist. Seal käiakse tankimas ka Eesti ainukest vesinikuautot, mis asub igapäevaselt Tallinnas. „Ühe auto jaoks ei olegi mõtet tanklat ehitada,“ ütleb Tammeveski. „Selleks peab tarbimine palju suurem olema.“ Tekib küsimus, millest siis alustada: kas sõidukitest või tanklast? „Kana ja muna dilemma,“ tunnistab Tammeveski. „Põhjamaade kolleegid on minult küsinud, kas Eestisse saaks tulla ka vesinikuautoga, aga praegu veel ei saa, sest pole tanklat.“

Juba viis aastat tagasi oli kavas rajada vesinikutankla Pärnusse, kuid see plaan pole täide läinud. „See on päris pikk saaga,“ tõdeb Mällo. Ka tema toob esile muna ja kana küsimuse – suvepealinnas polnud kütusele tarbijat. Ta arvab siiski, et tanklate kiiremale ehitamisele aitavad edasised toetused kaasa, kuid paika on veel panemata ohutusmeetmed. „Riias tehti alguses proovitankimisi, aga tankla ei olnud veel sertifitseeritud ja seega ka paberite järgi ohutu. Templit ei antud. Eestis sellist asja näha ei tahaks,“ ütleb Mällo. Peale selle on maagaasipõhine vesinikutankla kallis ettevõtmine. „Teed hästi kalli tehnoloogiaga hästi kallist kütust ja siis kasutad hästi kallites masinates. Aga kus see keskkonnahoid siis on?“ küsib ta. Mällo lisab, et Eestis peaks minema rohelise vesiniku kasutamise rada.

Ratast leiutama ei pea

On selge, et iga uue asjaga käib kaasas ettevaatus ja mõningane hirm. „Kui öelda tavakodanikule „vesinik“, siis kangastub tal silme ette vesinikupomm. Inimesi tuleb teadlikult suunama hakata ja harjutada mõttega, et see asi ei ole üldse nii ohtlik, kui esmapilgul võib tunduda – et ei läheks nii, et vesinikubussid sõidavad meil siin ringi, aga keegi ei julge nendega sõita,“ räägib Mällo.

Enn Lust ja isejuhtiv auto. FOTO: Viivi Järve

Enn Lust on kohaliku arendustöö viinud nii kaugele, et Eestis hakkab valmis saama maailma esimene vesinikkütusel töötav isejuhtiv auto. Vesinikuauto eelis on see, et võrreldes elektriautodega, mille akude laadimine kestab tunde, võtab selle tankimine vaid mõne minuti. Vesinikkütus võimaldab kolm kuni viis korda pikemat läbisõitu ja lisaks suurendab kütuseelement auto massi märksa vähem kui näiteks elektriauto akud.

Möödunud aasta alguses käima läinud projekt jõuab lõpule selle aasta juulis. Lusti sõnul ollakse väga hästi ajakavas – TÜ-s väljaarendatud kütuseelement on peaaegu valmis.

Isesõitev vesinikuauto valmib koos Auve Tech OÜ-ga, kes on varem turule toonud elektri jõul töötava Iseauto. Vesinikupõhise lahenduse väljatöötlus on juba praegu kaetud USA patendiga, mida on võimalik tulevikus laiendada ülemaailmseks. „Seega on Iseauto kui tehnoloogiline toode ja väljatöötlus müüdav rahvusvahelisel turul,“ kommenteerib Lust.

„Suurepärane, et tehakse. Tuleb kõik Eesti ressursid ära kasutada,“ kiidab vesinikugeneraatoreid valmistava idufirma PowerUp Energy Technologies tegevjuht Ivar Kruusenberg. Kas Eestist tulevikus autode tootjamaa saab, on omaette küsimus. Kruusenberg on veendumusel, et vesinikuautosid ei hakata Eestis suurel hulgal kunagi tootma. Selleks ei ole piisavalt inimesi. „Praegu on PowerUpil raskusi isegi sellega, et leida tervest maailmast viit kütuseelemendi arendajat.“ Leida inimesi autode kütuseelemente tootma on Kruusebergi arvates veegi ebarealistlikum.

Kaido Tammeveski arvab, et Eestis ei peagi jalgratast leiutama. „Saame toetuda analoogiatele Lääne-Euroopast või Põhja-Ameerikast, kus on sel alal kaugele jõutud. See on tehnoloogia ülekanne,“ ütleb ta. Ülevõetud lahendused tuleb muidugi kohandada siinsetele tingimustele. „Kõiki variante peaks kaaluma, mitte sukelduma kohe pea ees nendesse tuultesse, mis EL-i poolt tulevad. Lähtuma peab sellest, mis on meie oludes parim lahendus,“ ütleb Liisa Mällo.

Naabritega sammu pidades

Mällo leiab, et Eestil on vesinikuenergia maastikul väljavaateid peamiselt nišitoodete vallas. Eestis on juba kaks ettevõtet, mis tegelevad kütuseelementide tootmisega: Elcogen ja eelmainitud PowerUp Energy Technologies. Lisaks valmivad Skeleton Technologiese käe all väidetavalt maailma kõige paremad superkondensaatorid, mis toetavad kütuseelemendi tööd vesinikusõidukis.

Naabermaade tegemistel tuleb aga Mällo sõnul silma peal hoida. „Oleme võtnud seisukoha, et uue turu arendamiseks soovime teha võimalikult palju piirkondadevahelist koostööd,“ ütleb ta edasiste käikude kohta. „Et me saaks ühe jalaga seda sammu astuma hakata, olla ühes infoväljas, et igaüks ei seaks erinevat fookust.“

Asjaosalised leiavad, et arendustöödega hiljaks me jäänud ei ole. Ivar Kruusenberg kinnitab, et Eestis ollakse vesinikuenergia vallas väga heal positsioonil. „Praegu on valitsus ja samamoodi Eesti Energia andnud selge signaali, et nad lähevad roheenergia teele. Meil liiguvad asjad kindlasti õiges suunas,“ usub ta.

Liina Ludvig

TÜ vilistlane, UT kaaskirjutaja

Jaga artiklit