Annette Sedman uuris, kuidas ladestada põlevkiviõlitööstuse peamisi jäätmeid, poolkoksi ja musta tuhka nõnda, et need ohustaksid keskkonda võimalikult vähe.

Ida-Virumaal laiuvate tehismägede ehk põlevkiviõlitööstuse prügilate stabiilsust ja keskkonnaohutust mõjutab sinna ladestavate jäätmete tugevus ja veejuhtivus, mis muu hulgas sõltuvad jäätmete mineraalsest koostisest ja selle muutumisest pikema aja (sadade aastate) jooksul. Annette Sedman uuris jäätmete mehhaaniliste omaduste seoseid tsementeerumisega, et leida optimaalseim viis, kuidas poolkoksi ja musta tuhka ladestada.

Katsetest selgus oluline tõsiasi, et poolkoks ei ole pikaajaliselt vastupidav, vaid mureneb ja praguneb. Õli tootmisel kuumutatakse põlevkivi kõrge temperatuurini, kus tekivad uusmineraalid, nende hilisemal reageerimisel toimub kivistumine, kus algselt pude materjal (poolkoks meenutab liiva-kruusa segu) muutub tugevamaks ja tsementeerub. Sedmani katsetest selgus aga, et poolkoksimägede tugevus sõltub paljuski tsementeeriva mineraali ettringiidi moodustumisest. «Ettringiit on ebastabiilne ühend. Kui keskkonna pH langeb alla 11, hakkab see lihtsalt lahustuma,» selgitas Sedman. «Lisaks lähevad ettringiidi kristallid mehhaaniliselt tugeva pinge all katki.» Pinget tekitab poolkoksi enda raskus, mis surub lasundi alumistes kihtides suruvad tsementeerunud jäätmed puruks. «Sügavamal lasundi alaosas ilmselt on tsement siis juba vähemalt osaliselt katki läinud.» Tekkinud pragude kaudu aga voolab vihmavesi prügimäe sisse, leotab sinna aastakümnete jooksul ladustatud prügi ning imbub seejärel ohtlike ainetega põhjavette.

Sedmani sõnul on poolkoksimägesid ümbritseva ala põhjavesi niigi tugevalt reostunud ja seda ennekõike jäätmetest, mis on sinna ladestatud nõukogude perioodil, mil prügilatesse jõudsid ka igasugu muud jäätmed peale põlevkiviõli tootmisest tuleneva poolkoksi ja tuha. Seetõttu on vajalik analüüsida, kuidas vähemalt tänapäevased põlevkiviõli tootmisjäätmed ohustaksid keskkonda võimalikult vähe ning väldiksid tsementeerumisega vihmavee jõudmist poolkoksimägede sisse.

Viimastel aastatel on laialdasemalt kasutusele võetud tahke soojuskandja meetodil põhinev utmistehnoloogia, mille tõttu suureneb põlevkivitööstuses üha nn musta tuha kui jäätme osakaal. Must tuhk meenutab välimuselt pigem põlevkivituhka kui poolkoksi.

Sedmani doktoritöö uudsus seisnes peale poolkoksi tugevusomaduste määramise ka musta tuha mineraalse koostise selgitamisel. Mustas tuhas on vähem orgaanikat kui poolkoksis: mustas tuhas kuni 1%, poolkoksis on lubatud kuni 6%. «See tähendab, et must tuhk ei ole niivõrd ohtlik kui poolkoks, sest keskkonnaohtlikkust põhjustab muuhulgas jäätmetesse jääv orgaaniline aine.»

Seni tekkis musta tuhka vähem, kuna valdavalt kasutati tehnoloogiat, mille tulemuseks oli poolkoks. Seega ladestati see vähene must tuhk seni samuti koos poolkoksiga ja põlevkivituhaga.

Sedmani laborikatsed kinnitasid, et must tuhk kivistub üldiselt väga hästi. Tuhast välja sõelutud jämedam osa aga ei kivistunud. See teadmine on oluline musta tuha edaspidiseks ladestamiseks ning Sedman sõnastas siit soovituse põlevkivitööstusele. Kui must tuhk ladestatakse väikesemõõdulistes settebasseinides, ei tohiks selle tsementeerumisega probleeme esineda. Suuremates basseinides võib juhtuda, et tuha jämedamad osakesed settivad kiiresti, kuid peenemad kanduvad vooluga edasi ning vajuvad põhja basseini kaugemas osas. «Nii tekivad jämedamatest osakestest tsoonid, kus ei ole tsementeerumist. Kui valitakse settebasseinides ladestamine, tuleks vältida jämedamate ja mittekivistuvate tsoonide teket ning kasutada väikesi settebasseine või vahetada pidevalt kohta, kust tuhka basseini juhitakse. Sel juhul osakesed segunevad ja tuhk kivistub,» selgitas vastne doktor. Musta tuhka uurides selgus ka, et pideva veeküllastatuse tingimustes kivistus see halvemini. Seetõttu soovitas Sedman ladestada musta tuhka sarnaselt poolkoksiga niiskena või settebasseine aeg-ajalt kuivendada. Sel juhul saavutab must tuhk lisatugevuse, mis jäätme ladestamisel on keskkonnale ohutum.

Võrreldes poolkoksi ja musta tuha keemilisi koostist, selgus Sedmani sõnul üllatuslikult, et ebastabiilset mineraali ettringiiti, mis on tavaline poolkoksis ja põlevkivi põletustuhas, mustas tuhas ei teki. Ei ole välistatud, et see tekiks hiljem, kuid laborikatsete käigus noor teadlane seda kätte ei saanud. «Oli huvitav, et seda mineraali ei tulnud, aga ega meil head seletust ei ole, miks see nii on.»

Sedman uuris ka põletustuha ja poolkoksi segamist, lootuses leida optimaalsemat ja keskkonnasõbralikumat ladestusviisi. Selgus, et põlevkivi põletamisel tekkiv tuhk kipub märkimisväärselt paisuma ning kui seda poolkoksiga segada, peab viimast olema segus neli osa ja tuhka üks osa. Suurem tuhasisaldus põhjustab ladestatud materjali pragunemise, mille tulemusel suureneb veejuhtivus.

Kuigi doktoritöö on kaitstud, soovib Sedman teemaga jätkata ning edasi uurida, millise koostisega tsement tekiks musta tuha ja poolkoksi segamisel ning kuidas musta tuha paisumisefekti vähendada. Tema hinnangul võiks neid kahte jäädet kindlasti koos käsitleda. «Mõnes mõttes oleks see kasulik, sest kui poolkoks üksi ei ole nii stabiilne ja tugev, siis must tuhk annaks lisatugevuse. Saaks lahti ehk poolkoksi ebastabiilsest tsementatsiooni probleemist.»

Teemaga jätkamine on teadlase sõnul vajalik, kuna põlevkivitöösturid jäävad edaspidi paralleelselt kasutama mõlemat utmistehnoloogiat. Nende kombineerimine võimaldab töösturitel ära kasutada nii peenema kui ka jämedama põlevkivi. Ka edaspidi tekib nii poolkoksi kui ka musta tuhka ning teadlastel jagub uurimismaterjali, et aidata kaasa põlevkiviõli jäätmete keskkonnaohutumale ladestamisele. «Oleks ju hea, kui kogu lasund oleks võimalikult vettpidav, et sealne põhjavesi võimalikult vähe reostuks,» resümeeris Sedman.

«Annette Sedmani doktoritöö on eriline kahes mõttes – esiteks on see väga praktiline. Harva, kui tavaliselt sügavuti akadeemilistele küsimustele pühendunud (geoloogia) doktoritöö tulemused ja järeldused on otse ja igapäevasesse keelde tõlkimata kasutatavad millegi käegakatsutava tegemiseks ja/või planeerimiseks.

Teiseks on tegemist tööga, mis laiendab eriala piire, sest kindlasti ei ole see klassikaline geoloogia, vaid pigem uurimistöö, mis paigutub kusagile insenerikunsti (tehnoloogia) ja maateaduste piirile. Lõpetuseks näitab tema doktoritöö, kui vähe me tegelikult teame põlevkivitööstuse jäätmete, tuha ja poolkoksi hingeelust.»

Kalle Kirsimäe
doktoritöö juhendaja, geoloogia ja mineraloogia professor