Tartu Ülikooli teadlased on leiutanud meetodi, kuidas otse õhust süsihappegaasi eemaldada ja teha sellest rohelist kütust: sipelghapet, mida saab kasutada paljudes eluvaldkondades.

RedoxNRG OÜ asutaja, Tartu Ülikooli kolloid- ja keskkonnakeemia kaasprofessori Nadežda Kongi sõnul tegeldakse mujalgi maailmas süsihappegaasi eemaldamisega õhust, küsimusi aga tekitab, mida sellega seejärel peale hakata.

„Gaasi salvestamise, hoiustamise ja transpordi logistikale kulub palju raha. Selle käsitlemisprotsessid, näiteks vedeldamine, on keerulised ja kallid. Mõni ettevõte ladustab süsihappegaasi maa all, aga siis ei saa seda enam kasutada, pealegi on selline viis lekkeohtlik. Palju parem on panustada ringmajandusse – teha kasvuhoonegaasist hoopis midagi kasulikku!“ räägib Kongi.

Teoreetiliselt saab ühest tonnist süsihappegaasist valmistada ühe tonni metaanhapet ehk sipelghapet. See on orgaanilises sünteesis väga levinud aine, mida kasutatakse paljudes eluvaldkondades. Näiteks on see mugav ja ohutu vesinikuenergia salvesti, aga leiab kasutust ka kosmeetikas ning toidu- ja tekstiilitööstuses. 

„Sipelghappel on antiseptilised omadused ja seda lisatakse antibiootikumide asemel loomasööta, enamasti seasöödagraanulitesse. See tähendab kvaliteetsemat liha ja piima,“ toob Kongi näiteks.

Ka töörühm ise vajab oma töös sipelghapet: laboris sünteesitakse selle abil katalüsaatormaterjale, mida teadlased kasutavad oma CO₂ elektrolüüseris. Puhta metaanhappe turuhind on 1500–2000 eurot tonni kohta. Samal põhimõttel on tegelikult võimalik sünteesida aga teisigi aineid, näiteks metanooli ja muid kütuseid.

Ilma eemaldamiseta ei saa

Euroopa Liit plaanib 2050. aastaks saavutada kliimaneutraalsuse, kuid selleks ei piisa ainult fossiilkütustest loobumisest ning tootmise ja transpordi elektrifitseerimisest. „Isegi kui peatame kõik n-ö tossutajad, on õhus juba nii palju süsihappegaasi, et ilma seda otse õhust eemaldamata me hakkama ei saa,“ tõdeb Kongi.

Teadlase sõnul peaks kindlasti inimtekkeliste kliimamuutuste põhjustajatele rohkem tähelepanu pöörama. Inimtegevuse tagajärjel tekib suures koguses kasvuhoonegaase peamiselt fossiilkütuste põletamisest, transpordist, põllumajandusest, metsade raiumisest, turbamaade kuivendamisest, aga paraku ka sõjategevusest. On valdkondi, kus saaks mingitel tingimustel kasvuhoonegaaside õhkupaiskamisest täielikult loobuda või nende hulka märkimisväärselt vähendada.

Arvutuste järgi oleks vaja 2050. aastaks atmosfäärist eemaldada vähemalt 10 gigatonni süsihappegaasi, et maailma keskmine temperatuur ei tõuseks liiga palju. Kongi teada on praegu kõige võimekam CO₂ otse õhust eemaldamise tehnoloogia, mis kuulub Islandil tegutsevale Šveitsi ettevõttele Climeworks, võimeline eemaldama ainult 4000 tonni süsihappegaasi aastas. Eesmärkide saavutamiseks on vaja suurt arenguhüpet.

„Kõik olemasolevad ärilised tehnoloogiad, mida võib pidada suureskaalalisteks, põhinevad keemilisel sorbtsioonil. CO₂püüdmiseks kasutatakse sorbente – sealt süsihappegaasi kättesaamiseks on vaja rakendada väga kõrget temperatuuri ja suurt rõhku. See ei ole aga energeetiliselt kuigi tõhus, sest karmides tingimustes lagunevad sorbendid kiiremini ja nende elutsükkel ei ole just kõige keskkonnasõbralikum,“ nendib Kongi.

Kuna elektrokeemiline protsess saab toimuda toatemperatuuril, on see mitmes mõttes keskkonnasõbralikum lahendus. Sorbentide eluiga on keemilise sorbtsiooniga võrreldes pikem ja annab võimaluse kasutada rohkem jätkusuutlikke materjale.

Ka Kongi juhitavas laboris püütakse oma protsessis vajalikke aktiivseid materjale valmistada keskkonnasõbralikul viisil.Tavaliselt tehakse sorbente solvotermilisel meetodil, kus kasutatakse suures koguses orgaanilisi solvente, mis võivad olla keskkonnale kahjulikud. Tartu teadlaste käe all valmivad materjalid aga mehhanokeemilisel sünteesiviisil.

„See tähendab, et kasutame väga väikeseid koguseid solvente – meie meetod lubab neid materjale valmistada seegasuuremas koguses ja keskkonnale ohutumalt. Praegu tegeleme elektroodmaterjalide optimeerimisega – püüame leida soodsamaid alternatiive ja neid võimalikult roheliselt sünteesida,“ selgitab Kongi.

Üks vähestest tegijatest

Süsihappegaasi elektrokeemilise eemaldamisega otse õhust ja selle protsessi arendamisega tegeleb maailmas praegu ainult paar ettevõtet: peale RedoxNRG üks ettevõte Ühendkuningriigis ja teine USA-s. Nemad kasutavad aga veidi teistsugust tehnoloogiat ja metoodikat. Näiteks rakendavad ameeriklased oma seadmetes polüantrakinooni ja süsiniknanotorude komposiitmaterjale – selliste materjalide süntees on aga keeruline, kulukas ja mitte väga keskkonnasõbralik. Kõik need ettevõtted on praegu alles arengufaasis.

„Tore oleks teistega koostööd teha, mitte konkureerida. Kui meie materjalid valmis saavad, oleme valmis neid pakkuma teistele ettevõtetele. Kui neil on arenenum protsess, siis saaksime neile kaasa aidata,“ räägib Kongi.

Suures pildis on eesmärk kõigil üks: vähendada süsihappegaasi hulka atmosfääris, et planeedi keskmine temperatuur lõpetaks tõusmise ja ideaalis isegi langeks veidi. See aitaks kliima soojenemisega kaasnevatele katastroofidele ja liikide väljasuremisele piiri panna. Tulem oleks ka puhtam õhk tulevastele põlvkondadele.

Siiski liigub nn süsinikuturul võrdlemisi suur raha, nii et üldine kasu toob kaasa rahalise tulu. Eri hinnangute järgi võib lähiaastatel süsiniku-kaubanduse väärtus tõusta mõne triljoni dollarini. Motivatsioon panustada oma tegevusega lisaks elukeskkonna parandamisele riigi majandusse – näiteks CO₂ kvootide müügi võimaldamisega – on teadlastel igatahes olemas.

TEADUS RedoxNRG (erakogu) Picture1.jpeg

Esialgne prototüüp on teaduslikult tõestanud, et töörühma idee toimib. FOTO: RedoxNRG

RedoxNRG projekt sai alguse 2020. aasta oktoobris, kui otse õhust süsihappegaasi eemaldamise idee pakuti välja Narvas toimunud äriideede võistlusel. Preemiaraha toel soetati idee katsetamiseks vajalikud seadmed. 

Hilisemad preemiad ja toetused on aidanud masinaparki täiendada. Näiteks võimaldas Tartu Ülikooli arendusgrant valmis saada esimese prototüübi. Väikesel, umbes 6 × 6 cm² aparaadil on CO₂ püüdmiseks mõeldud ala vaid ühe ruutsentimeetri suurune – suurtest eemaldamiskogustest on veel vara rääkida, aga esialgseteks teaduskatseteks sellest täiesti piisab.

„Teadlasena on raske, kui sul on väärt idee, aga seda ei õnnestu edasi viia. Mul on väga hea meel, et ülikool meid igatpidi toetab,“ on Kongi rõõmus.

Prototüübi töötamist on avalikkusele veel keeruline näidata, sest see on vaja ühendada potentsiostaadiga – seda arendusgrandi toel ostetud kallist masinat aga niisama laborist välja ei viida. Töörühm loodab juba järgmisel aastal siiski ka nii kaugele jõuda, et esitleda oma masinaga otse õhust süsihappegaasi püüdmist.

„Senised katsed on kinnitanud, et Kongi laboris arendatud materjalid on võimelised elektroodide aktiveerimisel süsihappegaasi siduma. Elektrokeemilise manipuleerimise järel kontsentreeritud CO₂ gaas desorbeerub elektroodi pealt – seega on olemas teaduslik tõestus, et meie meetod töötab,“ räägib Kongi.

Väiksem ja rohelisem jalajälg

Tartu teadlaste lahenduse järgi läheb õhust eemaldatud CO₂ otse teise elektrolüüserisse, kus see konverteeritakse kohe vedelaks kütuseks. Seega jäävad ära kõik gaasi ladustamise ja transpordiga seotud kulud – sellist integreeritud lahendust pole maailmas veel keegi teine pakkunud. Juuni alguses tutvustasid töörühma liikmed oma tehnoloogiat ja CO₂konverteerimist elektrokeemia ühingu konverentsil Vancouveris.

Edasise sammuna tuleb kasutatavad materjalid ja kogu ülesseade optimeerida. Selleks on vaja soetada veel mitu kallist aparaati, näiteks gaasianalüsaator. Pikemas plaanis on teadlaste eesmärk jõuda nii kaugele, et oma vahenditega oldaks võimelised õhust süsihappegaasi tonnides eemaldama, mis tooks kasu nii Eesti riigile ja ettevõtetele kui ka tervele maailmale.

„Inimese kohta on Eesti CO₂ emissioon tegelikult üsna suur, nii et Eesti on suure süsinikujalajäljega väike riik. Oleks ju suurepärane, kui saaksime oma jalajälge vähendada,“ ütleb Kongi.

Kui tavaliselt on süsihappegaasi püüdmise tehnoloogiad tõhusamad siis, kui CO₂ kontsentratsioon on suurem, siis elektrokeemilise protsessi puhul pole see nii oluline. Süsihappegaas on atmosfääris üsna ühtlaselt jaotunud, seda enam, et umbes pool koguemissioonist tuleb detsentraliseeritud allikatest nagu transport ja eramajad. Seadmeid saab seega paigaldada ükskõik kuhu – pole suurt vahet, kas suurlinna või maapiirkonda.

„Samuti saab seda tehnoloogiat kasutada nii õues kui ka toas, näiteks kontorites, kus CO₂ hulk on suur. Või kaevandustes. Üks potentsiaalne kasutusala on kosmoselaevades: oleks äge, kui kosmonautide väljahingatavast süsihappegaasist saaks kohe teha rohelist kütust, mis aitaks kosmoselaeva töös hoida, ja hapnikkugi jaguks kauemaks,“ pakub Kongi välja.

Ühel päeval võiks olemas olla ka RedoxNRG demotehas, kus oma seadmeid arendada ja otse õhust süsihappegaasi eemaldada. Seda oleks hea teha taastuvate energiaallikate, näiteks päikese- või tuulepargi kõrval, et keskkonnale veelgi kasulikum olla.

„Elektrokeemiline CO₂ püüdmise tehnoloogia on tegelikult üsna vana, see pakuti välja umbes poolsada aastat tagasi. Varem oli absurdne, et süsihappegaasi eemaldamiseks tuli kasutada fossiilkütustest saadud energiat. Praegu on roheline elekter aga palju kättesaadavam ning sellisel tehnoloogial rohkem mõtet ja potentsiaali,“ räägib Kongi.