Plevkivi kui ressursi vrtustamine ning sstva ressursikasutuse arenguvimalused

Põlevkivi kui ressursi väärtustamine ning säästva ressursikasutuse arenguvõimalused Andres Siirde Tallinna Tehnikaülikool 1

Sissejuhatuseks Arvestades maailmas järjest suurenevat nafta ja naftasaaduste intensiivset kasutamist, on nõudlus täiendavate alternatiivsete süsivesinike allikatele tulevikus ainult suurenemise suunas. Üheks paljulubavaks allikas on põlevkivi, mille ressursid maailmas on piisavalt suured. 2

Mis on põlevkivi ? Põlevkivi on orgaanilist ainet ehk kerogeeni sisaldav settekivim, mille lähteaineks on olnud ainuraksete organismide, bakterite, vetikate ning zooplanktoni orgaaniline mass. Kerogeen sisaldab peale süsiniku suhteliselt palju vesinikku ja hapnikku, veidike lämmastikku jt elemente nagu väävel ja kloor. C 10 H 15. 2 O 0. 93 S 0. 08 N 0. 03 Põlevkivid, sõltuvalt leiukohtadest, erinevad nii oma tekkelt, koostiselt, kütteväärtuselt, õli saagiselt jne. Põlevkivide mineraalosad võivad olla väga erinevad. Huumuskütuse tekkerida − maismaataimed → turvas → pruunsüsi → kivisüsi → antratsiit. Huumuskütuste mitmekesisuse (turbast antratsiidini) põhjus seisneb kütuse lähteainete erinevas lagunemisastmes)

Põlevkivi varud maailmas Kokku on teada rohkem kui 600 põlevkivimaardlat. Suurim põlevkivimaardla paikneb USA-s. See on nii suur, et võimalik põlevkiviõli maht ületaks kordi kogu Saudi Araabia naftavarusid. Hiinlased küll väidavad, et on avastamas veelgi suuremat maardlat (Junggar)

Põlevkivi tootmine milljonites tonnides ajavahemikus 1880 - 2000 • Põlevkivi tippnõudlus oli Eestis alates 1975 kuni 1982, üle 30 mln tonni aastas; • Alates 80 - langus oli tingitud Eesti lähedaste aatomjõujaamade Ignalina ja Sosnovi Bor tööleminekust. 90 -langus toimus tänu majandusreformidele Eestis • Vastavalt riigi pikaajalisele arenguprogrammile, on põlevkivi kasutamine täna Eestis piiratud kuni 20 mln tonni aastas 5

Diskussioon põlevkivi kasutamisest Kütus Elektritootmine Põlevkiviõli tootmine Põlevkivi keemiatööstus 6

DIMENSIOONID

Euroopa energiapoliitika eesmärk „ 20 -20 -20” 2020. aastaks vähendada kasvuhoonegaaside heiteid 20% võrra ja energianõudlust 20% võrra ja suurendada taastuvenergia osa energia lõpptarbimises 20%ni ning biokütuste osakaalu transpordis 10%ni KESKKONNANÕUDED 20 / 20 +10 TURG

Eesti energiasektori väljakutsed § § PRIMAARENERGIA STRUKTUURI KUJUNDAMINE KESKKONNAMÕJUDE VÄHENDAMINE ENERGIASEKTORI EFEKTIIVSUS PÕLEVKIVI VÄÄRTUSTAMINE

Põlevkivi väärtustamine toimub läbi ahelate, mis algab teadusest ja jõuab majandushüviseni 10

Tänased põlevkivikasutused 11

Mida me saame põlevkivist 1 tonnist põlevkivist saame elektrit või õli tänase tootmistehnoloogiate ja nende kasuteguritega : 1 tonn põlevkivi (2030 kcal/kg) 125 kg põlevkiviõli ja 35 Nm³ küttegaasi 850 k. Wh elektrit (8500 elektripirni a’ 100 W põleb 1 tund) 12

Põlevkivi peenkeemia • epoksüvaike EPOX-b-4 ja EPOX-b-2 • vaiku SF-281 • karbamiidvaigud UF 30 ja UF-15 P • fenoolformaldehüüdvaiku PF-3014 • õlivärvi, resoli, honeyol RFK-d • 2 metüülresortsiini KOKKU ca 2000 tonni aastas 13

Põlevkiviõli tootmisel energia jagunemine 100% 5% 90% 14% 80% 15% 70% 5% 24% fenoolvesi 18% 60% retortgaas 50% 40% poolkoks 66% 30% põlevkiviõli 54% 20% 10% 0% teoreetiline tegelik õlitootmine 14

Põlevkiviõli tootmiseks vajaminevad protsessid, kuluv energia ja emiteeruv CO 2 15

Kuidas põlevkivist elektrit saadakse Elektri tootmisel muundatakse soojus auruturbiini abil elektrienergiaks. Mida kõrgem on auruturbiini töötemperatuur (auru rõhk), seda efektiivsem on protsess. Selleks, et aur saaks voolata ja paisuda, peame tekitama turbiini taha alarõhu st. aur tuleb jahutada (kondenseerida). Soojusallika ja jahutaja temperatuuride vahe määrab protsessi (Carnot’ ringprotsessi) kasuteguri. 16

Põlevkivil töötav keevkihtkatel on väga keerukas seade ja „ahju“ ei ole seal mitte 17

Keevkihttehnoloogia võrdlus tolmpõletusega 18

Eestil on ulatuslik kogemus põlevkivi kasutamisel energia tootmiseks -1960 Balti SEJ 1970 2000 2012 - Kahe energiaploki renoveerimine 430 MW 2001 -2004 Alustatud uue 300 MW ploki ehitust keskmine kasutegur 37% Keskrõhu tolmpõletus kävitamine 1624 MW 1959 -1966 Eesti EJ käivitamine 1615 MW 1969 -1973 keskmine kasutegur 25% keskmine kasutegur 27% keskmine kasutegur 30% oodatav kasutegur ≥ 40% Uus tehnoloogia on suurendanud üldist tõhusust ja vähendanud keskkonnamõju energia tootmisel 19

Peamised väljakutsed tulevikku • Tolmpõletustehnoloogia lõpetamine • Auru ülekriitilised parameetrid nn teisel 300 MW plokil: kasutegur ≥ 44% • Tuhaärastuse moderniseerimine- kuiv tuhaärastus • Põlevkivi koospõletamine teiste kütustega sh põlevkiviõlitootmise kõrvalproduktid • CO 2 kinnipüüdmine (CO 2 emission capture) 20

Järeldused (I) • Põlevkivitööstus on läbi aegade (80 aastat) olnud Eesti majandusele oluline komponent ja toonud kasumit. • Läbi aegade on põlevkivitööstuse toodang olnud oluline ekspordis. • Nii põlevkiviõli kui põlevkivi elektri realiseerimine/müük on ka varasematel aegadel sõltunud „turutingimustest“ ja jääb ka tulevikus sõltuma avatud turust ja turutingimustest. 21

Järeldused (II) • Põlevkivis sisalduv energia leiab pea täit võimalikku kasutust (väärtustub) kui tootes põlevkiviõli kasutatakse ära ka kaasnevaid saadusi, nagu poolkoks/generaatorgaas, samuti tuha järelpõletamist ja jahutamist koos suitsugaasidega kas soojuse või elektritootmiseks. Põlevkivituhk peab leidma kasutuse tsemendi/ehitusmaterjalide tööstuses. Tuhaväljale ladestunud Ca. O rikas tuhk seob uuesti karbonaatidest tekkinud CO 2 22

Järeldused (III) • Põlevkivi kui ressursi väärtustamine ning säästva ressursikasutuse arenguvõimalused saavad toetuda vaid meie oskustele ja teadmistele. • Teadmisi ja oskusi on järjepidevalt endas kandud meie teadlased ja insenerid (valdavalt keemikud, soojustehnikud, mäetehnikud). • Põlevkivi ei saa kunagi lõpuni uuritud. Tema lõplikuks tundmaõppimiseks on veel palju tööd teha. Selleks on vaja tagada teadlaste ja inseneride järjepidevus ja jätkusuutlikus. 23

KOKKUVÕTE LAHENDUS EI OLE ÜHES KONKREETSES ENERGIAALLIKAS, TEHNOLOOGIAS EGA INVESTEERINGUS, VAID NENDE OPTIMEERITUD PÕIMIMISEL ÜHTSEKS TERVIKSÜSTEEMIKS 24