Alustame valust …
Termodünaamika esimene seadus ütleb, et energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teise ning kandub ühelt kehalt teisele. Et külma ilmaga sooja saada, konverteeritakse meie kliimas näiteks puitu talletatud keemiline energia oksüdatsiooni abil (põletamine) soojusenergiaks. See väljendub õhus leiduvate gaaside aatomite kiiremini võnkumises, mida inimene tunnetab toasoojana. Nii on see alati olnud ja nii see ka jääb.
Palju räägitakse sellest, et Maal, kus elanikkonna kasv näitab küll aeglustumise märke, ei jätku ressursse, et tagada kõikidele võrdväärsed ehk siis praegu lääne ühiskonnale omased mugavad elutingimused – külluslik toidulaud, puhas joogivesi, külmal ajal soe ja palaval ajal jahe tuba, rõivad-jalanõud, eluase ja transpordivahend/liikumisvabadus. Lisaks mõjutavad meid kliimamuutustest tulenev maailmamere järkjärguline tõus, rannikutel merele kaotatud maapind ning üha sagenevad ekstreemsed põua- ja vihmaperioodid, mis ei hävita pelgalt elupaiku, vaid kergitavad ka toidukoti hinda. Tõsi, orkaane ja tsükloneid on alati olnud, kuid nende arv ja intensiivsus on kliimamuutusest tulenevalt selges kasvujoones.
Kuidas mitte pidurit tõmmata? Kahe aastakümne eest, kui ma USAsse õppima läksin, pidin seal bensiinigalloni eest välja käima umbes 1,60 dollarit ehk ca 42 senti liitrist. Aasta hiljem laastas orkaan Katrina Mehhiko lahe äärseid nn lõunaosariike: seiskas nafta rafineerimise tehased, hävitas palju puurtorne ning laastas põllumajandust. Kütuseliitri hind tõusis umbes kahe kolmandiku võrra.
Minu mälu järgi kasvas elukallidus hüppeliselt ning vanemad kolleegid pidid pead vangutades tõdema, et hea majanduskeskkonna alus on odav energeetika, sh mootorikütused.
Kahtlemata peame süsiniku atmosfääri paiskamist kuidagi piirama (sh energeetikas, transpordis, põllumajanduses), kuid kuidas see saavutada nii, et me omaenda majandusele ja innovatsioonile pidurit ei tõmbaks?
Kui vaadata kaugemale, näiteks Aasiasse, leiame, et süsiniku emissiooni plaanitakse küll piirata, kuid märksa konservatiivsemas tempos kui läänemaailmas. Maagaasil ja kivisöel toimivad soojuselektrijaamad huugavad praegu täisvõimsusel, et toota odavat elektrienergiat ja hoida eksporditavat kaupa tootvate tehaste uksed avatuna. Aga kui kasvab majandus, kasvavad ka emissioonid.
Väikeriik Singapur, mille pindala on kuuekümnendik Eesti omast, kuid rahvaarv on meist üle nelja korra suurem, katab 99% ulatuses oma energiavajadused fossiilsetest allikatest. Riigi jaoks, mille ainus ressurss on inimesed ja kus iga ruutkilomeeter arvel, ei ole lõputud päikeseparkide ja tuulikute väljad enam võimalikud. Toetuda saab ainult imporditud energiale.
Ühes õitsevad, teises kõrbevad. Olgugi et Singapur oli üks esimesi ja ka väheseid Aasia riike, kes kehtestas süsinikumaksu, oli 2023. aastani seal süsinikuheitmete hind pelgalt 5 dollarit tonni kohta. Võrdluseks: Euroopa Liit küsis samas ajaraamis süsinikdioksiidi emissioonide eest maksimaalselt ca 85 eurot tonni kohta. Talupojamõistus ütleb, et tööstusharud, mis sõltuvad odava energia kättesaadavusest, õitsevad ühes, ent kõrbevad teises ühiskonnas. Eestis on kõrged energia ja tooraine hinnad ehk kõige valusamalt mõjutanud töötlevat, iseäranis puidule lisandväärtust andvat tööstust. Kurb on tõdeda, kuidas Kundas tegutsev suurettevõte väljastab taas ja taas pressiteateid, mille sisuks on tehase töö ajutine seiskamine kõrgete energiahindade tõttu. Tsiteerides klassikuid: nii ei saa rallit sõita.
Tuleb tõdeda, et väikese majandusega riigil, kelle panus maailma süsinikubilanssi on peaaegu olematu ja kes oma energiahindades sõltub jõukamatest naabritest, näib konkurentsis püsimine ja „millegi suure ära tegemine“ otsekui võimatu missioon.
Nagu Singapuriski, on meie suurim ressurss inimesed. Meid pole palju, aga igaühe panus loeb. Loodusvarasid meil jätkub: mets, mis katab tervelt poole Eesti pindalast, sellele lisandub neli miljardit tonni kukersiiti, millest umbes miljard on viimase sajandi jooksul põletatud soojuselektrijaamade kateldes, väärindatud vedelkütusteks või keemiatööstuse algkomponentideks.
Samal ajal kui meil terendab negatiivne riigieelarve ja valitseb majandussurutis, siis Singapuri-laadsetel riikidel, keda meilegi tihti innovatsiooni eeskujuks tuuakse, läheb hästi: süsinikumaks on olematu, energiahinnad madalad. Kuidas peaks Eesti säärases olukorras edu saavutama? See küsimus on õige valus.
Ressursside väärindamise võlu. Tulenevalt Euroopa Komisjoni suunistest ja sellest, mis mahus ja tempos meil järjest enam metsi kaitse alla võetakse, võib eeldada, et praegused raiemahud ei suurene, vaid järgmiste aastatega hoopis vähenevad. Optimistina oletan, et kehtestatavad piirangud ei ole siiski nii äärmuslikud, et meil kaoks õigus kohalikku ressurssi üldse väärindada.
Riigi initsiatiiv suunata varem eksporditud RMK paberipuit kohalikule turule on igati tervitatav. Seega pole küsimust – kohalikku ressurssi tuleb kindlasti väärindada. Nii on kasumi saajaks Eesti ettevõtted, maksutulu jääb riigile ning lisandväärtus seisneb ka sadades uutes töökohtades.
Mis mind aga kogu ressursside väärindamise teema juures võlub, on see, et Eesti pindala 50% ulatuses kattev nn taastuv ressurss sõltub enamasti ainult kahest faktorist – taevas sirav päike ja CO2 meie atmosfääris. Ning need ei saa kunagi otsa! Nimetatud kaks peategurit tagavad fotosünteesi ja biomassi taastumise, ja seda katkematult. Nii oli minevikus – tööstusrevolutsiooni toitis fossiilne ressurss, ja nii saab olema ka tulevikus – metsas kasvavad puud.
Paraku põhjustavad need kaks ka tõsiseid probleeme, seda eriti meie kliimas. Ühest küljest päike oma intensiivsuse tsüklilisusega, milles oleme saavutanud maksimumi (umbes 11aastane tsükkel). Teisest küljest CO2 taseme jätkuv tõus tööstusrevolutsiooni algusest saadik piiramatu fossiilse ressursi põletamise tagajärjel.
Ressursside väärindamise ilu. Küsimusele, kuidas peaks kohalikku ressurssi väärindama, on keeruline vastata. Kui lähtuda kõrgetest energiakandjate hindadest (valu), näib loogiline, et loobuma peaks energiamahukatest tehnoloogiatest. Nii ei tekiks olukorda, kus kahjumliku tegevuse vältimiseks peab tootmise perioodiliselt seiskama.
Samal ajal kui ettevõttel on võimekus roheenergiat toota ja seeläbi kasumis püsida, on asjal juba jumet (päris ilus). Selle poolest on tänapäeva Kraft-tehnoloogial põhinevad biotoodete tehased võib-olla kõige lollikindlam valik, sest lisaks mitmekordsele puidule antavale lisandväärtusele toodab tehas ka piisavas koguses roheenergiat, et katta ka tehase läheduses paiknevate asulate kaugküttesüsteemide vajadus. Kas lollikindel tehnoloogia on parim valik, on jällegi arutelu küsimus.
Puit koosneb kolmest komponendist: tselluloos, hemitselluloos ja ligniin. Kui tselluloos ja hemitselluloos on tehtud suhkrutest, siis ligniin on keemiliselt maailma suurim taastuvate aromaatsete ühendite allikas ning uue ajastu keemiatööstuse algmaterjal. Kraft-tehnoloogia põhitoodang on tselluloos ja umbes pool tehasesse sisenevast puidust „fraktsioneeritakse“ katlasse, et saada protsessi jaoks energiat.
Teise põlvkonna rafineerimine. Erinevalt Kraft-tehnoloogiast saab teise põlvkonna biorafineerimine oma tehnoloogiavalmiduse tasemelt üheksapunktisel skaalal veel kaheksa punkti. Katsetehaseid on maailmas palju ja need veenavad vähemalt mind, et puidu fraktsioneerimine suhkruteks ja ligniiniks, seda sadade tuhandete tonnidena ühes tehases, on käegakatsutav.
Olukorras, kus „katlasse“ ei lähe midagi ja üle 90% sisendpuidust fraktsioneeritakse erinevates väärtusahelates lõpetavateks komponentideks, näib mõistlik panustada just sedalaadi innovaatilistesse tehnoloogiatesse.
Puidusuhkru fraktsioonidel on mitmesuguseid kasutusvõimalusi. Näiteks projekteeritud rakuvabrikute* abil on puidusuhkruid võimalik konverteerida biokütusteks, platvormkemikaalideks keemiatööstusele, palmiõli alternatiivideks või millekski muuks. Näiteid on palju. Tänu looduse mitmekesisusele on väljundite valikuvõimalused tõepoolest lõputud.
Kolm tõsist kitsaskohta. Teise põlvkonna biorafineerimise** üks kitsaskohti on aga tehnoloogia keerukus ja tselluloosi lagundamiseks ning puhta ligniinifraktsiooni saavutamiseks vaja minevate ensüümide tarneahelate jätkukindlus. Kui Kraft-tehnoloogia puhul räägime võrdlemisi lihtsast keemilisest töötlusest ning kemikaalide pakkujaid on maailmaturul palju, siis biorafineerimise ensüümide tootjaid vaid käputäis.
Teine kitsaskoht on ensüümide säilivus. Kui Kraft-protsessi kemikaale on võimalik pikaks ajaks kusagile lattu varuda, siis ensüümide aktiivsus ajas väheneb ning nende pikemaajaline säilitamine eeldab madalat temperatuuri. Maailmas on suuremaid biotehnoloogiliste ensüümide tarnijaid Taani firma Novozymes. Nende pakutava ensüümikokteili „pakendi infolehelt“ võib lugeda, et soovitatav säilitustemperatuur on vahemikus 0–10 ºC, samal ajal kui töötemperatuur on u 55 ºC juures.
Kolmas kitsaskoht on see, et protsess on tihti optimeeritud vastu võtma ainult üht tüüpi toorainet (kas üks või teine lehtpuuliik, kas nisu- või maisipõhk).
Biorafineerimise tehnoloogiad
* Esimese põlvkonna biorafineerimine eeldab suhkru- või tärkliserohkete kultuurtaimede kasutust toorainena (suhkruroog, mais, peet jne). Teise põlvkonna biorafineerimistehase sisendtooraine võib olla aga mis tahes lignotselluloosne biomass (puit, põhk jne).’
** Rakuvabrikud on kas pärmi- või bakteritüved või kõrgemad seenorganismid, mis muundavad sisendtooraine meile huvipakkuvaks lõpp-produktiks. Parim ja vanim rakuvabriku näide on pagaripärm (Saccharomyces cerevisiae), mida on aastatuhandeid kasutatud viinamarjamahla veiniks kääritamisel (lõpp-produkt alkohol) ja taina kergitamisel (lõpp-produkt süsihappegaas). Tänu insenergeneetiliste tööriistade revolutsioonile viimase kolme aastakümne jooksul on nii baktereid kui ka pärme võimalik lihtsate meetoditega modifitseerida, et muundada neile etteantud toitu (nt puidusuhkrud) nii antibiootikumideks kui ka tööstuslikult tähtsateks platvormkemikaalideks.
Fischeri-Tropschi tehnoloogia
*** Fischeri-Tropschi tehnoloogia juured ulatuvad kahekümnendate Saksamaale, kus kaks innovaatorit – Franz Fischer ja Hans Tropsch keiser Wilhelmi kivisöe instituudist arendasid välja tehnoloogia kivisöest asenduskütuste tootmiseks. Naftavaesel Saksamaal moodustas autokütustest isegi kuni 25% kivisöest Fischeri-Tropschi tehnoloogia abil toodetud diislikütus. Praegu kasutavad sama tehnoloogia edasiarendusi jätkusuutlike lennukikütuste tootmiseks näiteks meie põhjanaabri Neste Singapuri tehas (sisendiks küll pigem kasutatud toiduõlid), kuid ka näiteks USAs paiknev Fulcrum Bioenergy. Paraku on selliste uute tehnoloogiatega seotud ka suured riskid. Fulcrum on ka üks viimaseid suurettevõtteid, kes hiljuti alustas pankrotimenetlust.
Aastad on suhtumist muutnud. 10–15 aasta eest oleksin olnud äärmiselt skeptiline säärase tehnoloogia laiendamise suhtes, seda ensüümide kõrge hinna ja madala efektiivsuse tõttu. Praegu võiks ensüümide hinna osakaal lõpptoodangu koguhinnast moodustada ainult 10% (toona oli see teise generatsiooni etanooli näitel lausa 50%) ja tänu ensüümikokteilide kasvanud efektiivsusele on tegu äärmiselt atraktiivse tehnoloogiaga. Ning sellel on jumet, et luua Eestisse sadu tuhandeid tonne töötlev teise põlvkonna biorafineerimistehas.
Nende kahe väga erineva tehnoloogia kõrval on olemas veel kolmas, viies ja kümnes tehnoloogia, mis on puidu kvaliteedi osas kõige vähem valivad. Loomulikult päris prügi ja riisutud lehti kasutada ei ole mõistlik, kuna siis muutub protsess äärmiselt ebaefektiivseks. Tegu on erinevate variatsioonidega Fischeri-Tropschi*** protsessist, mille käigus sisendbiomass gasifitseeritakse sünteesgaasiks, mis omakorda konverteeritakse katalüütiliselt kas metanooliks või lennukikütusteks. Selle tehnoloogia kitsaskoht on aga taas energiamahukus (valu). Ka eeldab see võrdlemisi stabiilse kvaliteediga toorainet, kus kasutatavad katalüsaatorid on sisendgaasile tundlikud. See teeb tehnoloogia vähemalt biomassil põhineva sünteesgaasi kasutamiseks riskantseks.
Esimesed kaks kirjeldatud tehnoloogiat vajavad toorainet, mis eeldavad kas üht, teist või mõlemat tüüpi puuliigi kasutust, kus puukoor on juba näiteks põletamiseks kõrvale heidetud. Gasifitseeritud biomassi konverteerimine vedelkütusteks ei eelda puukoorest vabanemist ning protsessis saab teoorias kasutada ka raidmeid ehk siis metsategemisel tekkivat oksarisu, mis seni on kasutuses on olnud pelgalt soojusenergeetikas.
Valikuid on seega omajagu, kuid Eestile on minu hinnangul ehk kõige sobilikumad tehnoloogiad, mis kõige vähem sõltuvad energiakandjate hindadest (Kraft-tehnoloogial põhinevad) või tagavad sisendtooraine maksimaalse kasutuse ja lõppsaaduste osas suurima lisandväärtuse (teise generatsiooni biorafineerimine).
Nagu alguses mainitud, siis energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest vormist teise. Maapõue talletatud fossiilne ressurss oli ka kunagi algselt atmosfääri CO2, mida fotosünteesi käigus taimedesse (kivisüsi) või vetikatesse (kukersiit) talletati ning tööstusrevolutsiooni algusest on taas soojuseks ja CO2-ks tagasi muundatud. Küsimus ei ole selles, et seda ressurssi põletada ei tohi. Probleem on kogustes ja ajaraamis, mille jooksul meeletud kogused kasvuhoonegaase on atmosfääri paisatud ning mis on loodusele omase normaalse süsinikuringluse tasakaalust välja löönud. Jättes fossiilse ressursi põletamata või väärindades seda keemiliselt kasvuhoonegaase atmosfääri paiskamata, anname planeedile võimaluse loomulik süsinikuringlus taastada.
Ka taastuvressursi puhul on vaja meeles pidada, et kasutada tohib ainult nii palju, kui sellest tulenevad emissioonid on fotosünteesil tagasi biomassi seotavad. Negatiivset süsiniku eelarvet kardetavasti niipea oodata ei ole.
Eestil on kõvasti potentsiaali – inimkapitali ja ressurssi –, et teenida arvestatavat ettevõtlus- ja maksutulu ning teha seda jätkusuutlikult ja keskkonnasäästlikult. Toetama peab nii tehnoloogiaid, mis on juba küpsed, kui ka neid, mis on valmimisjärgus või läbimurde äärel. Kui Eestis nähakse tihti ühes või teises ebaõnnestumises läbikukkumist, mis tuleks kalevi alla pühkida, siis riikides, kus tehakse innovatsiooni ka riskide kiuste, nähakse riskantsetes ettevõtmistes võimalust õppida ja areneda. Julge hundi rind pidavat rasvane olema …
Tiit Lukk on Tallinna tehnikaülikooli teadusprorektor, keemia ja biotehnoloogia instituudi vanemteadur.
