Eesti firma UP Catalyst tehnoloogia muundab CO2 süsiniknanomaterjaliks

Eesti idufirma UP Catalyst leiutatud tehnoloogia järgi saab kasvuhoonegaasi kasutada ülivajalike süsiniknanomaterjalide tootmiseks. Saadud toormaterjalist on eelkõige huvitatud elektriautode akutööstus. UP Catalysti tehnoloogiajuht Einar Karu tõdes, et tegu on revolutsioonilise tehnoloogiaga kogu maailmas.

„Muundame süsinikdioksiidi ehk süsihappegaasi (CO₂) elektrokeemiliselt süsiniknanomaterjalideks või grafiidiks. Protsessi käigus eraldub mõistagi ka hapnik ja kogu tegevus toimub keskkonnasäästlikult ning väiksema energiakuluga,” lisab ta. „Lihtsustatult selgitades võtame süsinikdioksiidi, suuname enda reaktorisse, kus on elektrolüüt. Reaktoris toimub elektrolüütiline protsess anoodide ja katoodide vahel ja elektrienergia abil muundatakse CO₂ puhtaks süsinikuks ja hapnikuks. Vastavalt protsessi parameetritele saab sünteesida erinevaid süsinikmaterjale – süsiniknanotorusid, -nanofiibreid, -nanosfääre, aga ka grafiiti.”

Nii lahendab UP Catalyst ühe hoobiga kaks põletavat probleemi – esiteks kasutab ära muudes tööstustes tekkiva CO₂ ja teiseks toodab väärtuslikku toormaterjali, mille vajadus kasvab maailmas iga aastaga. Einar Karu sõnul kasutatakse nende tehnoloogia saadusi peamiselt elektriautode akude valmistamisel. Nii on juba koostöö vastu huvi üles näidanud NorthVolt, LG Chem, Panasonic, Avesta Battery, UniverCell ja teised.

Dr Karu on erialalt atmosfäärikeemik, kes õppinud nii Taani, Šoti- kui ka Saksamaa ülikoolides. Pärast doktorikraadi kaitsmist Max Plancki Keemiainstituudis Saksamaal, tuli ta Eestisse tagasi, andes oma akadeemilised teadmised ja praktilised kogemused start-up-maailma kasutusse. „Olen seda meelt, et teadus ja ettevõtlus on tugevad just siis, kui tegutsevad koos. Nii on ka meie süsiniknanomaterjalide sünteesi tehnoloogia kasvanud välja akadeemilisest teadustööst. Hea idee juurde moodustus meeskond ja nüüd on meil võimalik toormaterjali toota kilogramm skaalal.”

Kuidas kasutada ära miljon tonni CO₂?

Seni on UP Catalyst pilootprojekti jaoks kasutanud süsinikdioksiidi balloonides. „Järgmise sammuna saab valmis automatiseeritud merekonteineris baseeruv reaktor, mille viime koostööpartnerite juurde, kelle tootmises eraldub kõrges sisalduses CO₂.” Karu kinnitusel juhtub see näiteks vesiniku tootmisel biometaanist ja ka ammoniaagi valmistamisel. „Samuti saame hõlpsasti kasutada partnerite poolt otse õhust kinni püütud (direct air capture ehk DAC-tehnoloogia) CO₂. Meil on plaan arendada ja ehitada süsihappegaasi eraldavate tööstuste kõrvale oma sünteesireaktorid CO₂ väärindamiseks ja väärtusliku süsiniktoormaterjali tootmiseks. Meie idee vastu tundis huvi Euroopa Innovatsiooni- ja Tehnoloogiainstituudi innovatsioonivõrgustik EIT Raw Materials ja 2022. aasta jaanuaris alustasimegi ühise projektiga, mille käigus disainime ja ehitame esimese meie tehnoloogial põhineva konteinerreaktori. See peaks valmis saama uue aasta alguskuudel, siis teeme esmased katsetused, alguses Eestis ja edasi viime reaktori juba mõne koostööpartneri juurde.”

UP Catalysti plaanid on suured ja suur on ka turg, mis neid vajab, sest elektriautode tootmine kasvab jõudsalt. Praegu toodetakse akudes vajaminevaid ja juhtivust suurendavaid süsiniknanomaterjale eelkõige fossiilkütustel baseeruva aurufaasist keemilise sadestumise meetodiga. See on aga äärmiselt suure energiakuluga, teiseks eraldub protsessi käigus ühe tonni materjali tootmise kohta ligikaudu 224 tonni süsinikdioksiidi. „Meil on energiakulu 60 korda väiksem ja CO₂ ei eraldu, vastupidi, kasutame ära 3,7 tonni mujal tekkinud süsinikdioksiidi ja transformeerime selle üheks tonniks väärtuslikuks toormaterjaliks,” selgitab Karu. 

Aastaks 2030 tahab UP Catalyst toota 300 tuhat tonni süsiniknanomaterjale ja grafiiti aastas. Selleks tuleb aastas kasutada ära miljon tonni süsihappegaasi. 

Einar Karu räägib UP Catalysti eduloost ja toormaterjalide turu uutest arengutest 26.-27. oktoobril Tallinnas toimuval suurel rohetehnoloogia konverentsil GreenEST Summit. Ta rõhutab, et toormaterjalide tööstus vajab hädasti uusi innovaatilisi ideid ja teadlaste osalusega idufirmasid. „Kui võtame meie IT-revolutsiooni, siis siin on edulugu ju märgatav. Toormaterjalide tootmissektor ei ole aga aastakümneid muutunud, mis on aga praeguse kliima- ja energiakriisi ajal eriti oluline,” tõdeb Einar Karu.

Innovatsioonivõrgustik annab hoogu

Temaga nõustub nimekaim Veiko Karu, kes juhib TalTechi geoloogia instituudi maavara- ja tehnoloogiaosakonda ning on ühtlasi Euroopa Innovatsiooni- ja Tehnoloogiainstituudi innovatsioonivõrgustiku EIT Raw Materials võrgustiku TalTechi poolne kontaktisik. „Kindlasti on vaja uusi, keskkonnasäästlikke tootmistehnoloogiaid. Peame liikuma ka kahel suunal – tuleb panustada maavarade uurimisse ja jätkusuutlikku kaevandamisse. Samal ajal otsida võimalusi ringmajanduseks, et kord juba maapõuest välja võetud materjal võimalikult kaua tarbimisel püsiks ning ka tootmisjääkidele uus kasutusala leitaks.”

Toormaterjalide kriisiga tegelevasse EIT Raw Materialsi võrgustikku on koondunud Euroopa teaduse ja majanduse tipud. „Meie ülikool kuulub võrgustikku alates selle loomisest 2015. aastal. Selle aja jooksul oleme korraldanud nii kursusi doktorantidele ja magistrantidele, koostanud ringmajanduse õppematerjale, aidanud kaasa start-upide algusele ja scale-upide laienemisele ning muidugi innovaatiliste toodete ja teenuste arengule,” loetleb Veiko Karu, kelle sõnul on võrgustikul mitmeid konkursse ja programme, mis aitavad üliõpilastel tuule tiibadesse saada. „Suurepärane võimalus oma uuenduslikule ideele tulevik anda on EIT Jumpstarter programm, mis annab noortele võimaluse valideerida oma ärikontseptsiooni, arendada äriplaani ja tutvustada ideed potentsiaalsetele investoritele. Seal osales kolm aastat tagasi ja pälvis esikoha ka UP Catalyst, kes on hea näide, kuidas ühest teadustööst on koostööpartnerite toel nüüdseks saanud suurte ambitsioonidega ettevõte,” kinnitab Veiko Karu.