Mida teha tsemenditootmises ülejääva CO2? Norra hakkab ladustama maapõue!

Kliimamuutuste peamiseks käivitajaks loetakse praeguste teaduslike teadmiste pinnalt inimtegevuse käigus atmosfääri paisatavat liigset süsihappegaasi. Inimkonna enimkasutataval materjalil betoonil loetakse sellealane ökoloogiline jalajälg olevat eriti suur – erinevail andmeil 5–7 protsenti üleilmsest koguemissioonist. Selle numbri arvutusmetoodika üle võib vaielda, aga selge on, et suuremahulise tootmise korral on selles valdkonnas, eelkõige tsemendi tootmises, saavutatavad kliimapositiivsed lahendused igal juhul vägagi suure mõjuga.

Suurfirma Heidelberg Materials (varem HeidelbergCement AG, mille osa on ka Kunda tsemenditehas) Brevikis asuvasse tsemenditehasesse rajati CO₂ püüdekompleks CCS (ingl Carbon Capture and Storage), mis antakse kasutusse juba tuleva aasta esimeses pooles. Suur seadmestik püüab tehase heitgaasid otse korstnast kinni, puhastab need algul mehhaaniliselt, siis eraldatakse gaasidest keemilisel teel CO₂, seejärel gaas veeldatakse ning transporditakse gaasiveo laevadega Norra läänerannikul olevasse vahelattu. Edasi pumbatakse veeldatud gaas merealuseid, varem puuraukudest nafta mandrile transportimiseks kasutatud torujuhtmeid pidi ligi 900 meetri sügavusel merepõhjas asuvasse sõlmseadmesse. Sealt edasi pumbatakse vedelgaas Põhjamere mandrilavasse nafta ammutamiseks loodud puurkaevusid pidi merepinnast ca 2700 meetri sügavusele, ammendatud naftaleiukohtadesse igaveseks hoiustamiseks. Looduslikud tingimused: leiukohtade peal lasuvad hermeetilised kiltkivikihid ning sellises sügavuses valitsev piisavalt madal temperatuur ja suur rõhk hoiavad CO₂ seal vedelana, asjatundjate kinnitusel on selle tagasipihkumine keskkonda välistatud.

Nii saab Norra suurima, Brevikis asuva tsemenditehase katseseadmestiku abil, mille rajamist toetab majanduslikult ka Norra valitsus, igaveseks salvestada 400 000 tonni CO₂ aastas, see on pool antud tehase heitmete mahust. „Ehitamisel ja kavandamisel on mitmel pool maailmas, nii Euroopas, Ameerikas kui Aafrikas lähiaastatel seda tehnoloogiat kasutades veel hulk seadmeid, aastaks 2030 kokku ca 10 miljoni tonnise sidumisvõimsusega,“ tutvustas uut suunda Eesti Betooniühingu tehnoloogiapäeval Heidelberg Materialsi tööstuse jätkusuutlikkuse juht Vetle Houg.

Miks pool?

Tsemenditootmine on väga suur tööstus ja selle probleemide lahendamine peab olema samuti suurejooneline. „Kõik algas juhuslikust vestlusest lõunalauas. Aasta oli siis vist 2000,“ meenutab Vetle Houg. „Esimesed tõsisemad plaanipidamised algasid siiski hiljem, aga 2005. aastal olid käimas juba täiemõõdulised uurimused. Kuus aasta hiljem asuti välja töötama insenertehnilisi lahendusi.“

Tsemenditootmise ökoloogilise jalajälje kahandamisega on tegeldud 1916. aastal asutatud Breviki tsemenditehases ja kontsernis ammu enne eelkirjeldatud arenguid. „Süsinikuheide tekib tsemendi tootmisel peamiselt kolmes valdkonnas, neis kõigis on seda ka võimalik piirata. Tootmisprotsessis ja kaasnevas transpordis saab kasutusele võtta alternatiivseid kütteaineid ning biomassi. Selles oleme jõudnud peaaegu võimaliku laeni, 80 protsendini. Võrdluseks: 1992. aastal oli alternatiivkütuste osa kolm protsenti,“ märkis Houg.

„Toorainetest on võimalik vähemalt osa asendada keskkonnasõbralikematega, seda eriti lendtuha ning ka vulkaanilise tuha kasutamise teel. Seda suunda oleme edendanud aastaid ja head lahendused on juba rakendatud või rakendamisel. Vulkaanilise tuhaga käivad praegu Kunda tehases katsetused. Nendes kahes vallas on head tulemused käes – materjalide osa on tooraines juba 20 protsenti, sealt edasi ei ole enam eriti võimalik minna,“ rääkis Houg.

Nüüd aga kõige olulisem osa, kus ei ole väga palju saavutatud. „Nii jääbki siis kolmas ala: tootmisprotsess ise, selles vabaneva CO₂ kinnipüüdmine. Aga see on kõige olulisem – ja ka kõige mahukam – sest otseselt tootmisest tuleb 2/3 süsihappegaasist. Meie projekti sihiks on – mis on praeguseks läbinud kõik katseetapid ning jõudnud esimese tööstusliku seadmeni – püüda kinni ning ladustada igaveseks kogu tootmisprotsessis vabanev CO₂. Meie praeguse seadme võimsus on 400 000 tonni aastas ehk 55 tonni tunnis, see on pool Breviki tehase aastasest CO₂ heitest. Miks pool, miks mitte kõik? Põhjus on lihtne: protsessis taaskasutame laialdaselt tsemendi tootmises tekkivat soojusenergiat. Praegune seade tarbib kokku enam kui 46 MW. Kogu heitme kinnipüüdmiseks on vaja teist sama palju energiat sisse osta, see on tulevikumuusika. Meie praegune eesmärk on näidata täiemõõdulisel rakendusel, et tehnoloogia töötab, siis saab asjaga tööstuslikes mastaapides edasi liikuda. Mitu suurt kompleksi on juba rajamisel, neist mitu Saksamaal, üks ka Rootsis, Heidelbergi Gotlandil asuvas Slite klinkritehases, mis on Rootsi suurim ja varustab ka Kunda tsemenditehast. Planeerimisel on isegi 2 miljoni tonnise aastavõimsusega kompleksid.“

„Projekti ehitusmaksumus ning CO₂ sidumiseks vajatav täiendav energiakulu on muidugi faktorid, mis lisavad lõppkokkuvõttes tsemendi hinnale märgatava jälje, aga rohepööre ei ole tasuta. Peab ütlema, et otsustajate seas on üha rohkem neid, kes mõistavad, et need kulutused on vaja teha. CCS-i arendamise järgmine samm ongi leida teid energiakulukuse vähendamiseks ning protsessi kommertsialiseerimiseks,“ esitas Houg tulevikuvaate.

Vana, aga uus

Breviki tsemenditehas on Norra suurim, seetõttu oli sealt hea ja veenev alustada täieliku demoprojektiga. Lisaks on tehasel piirkonna üks suuremaid meresadamaid. Nii on ka edaspidine, nii-öelda väärtusahela ülesehitamine, lihtsam. „Kogu tehnoloogia põhineb juba läbiproovitud elementidel,“ rääkis Vetle Houg.

„Alustasime mitmete firmade erinevate tehnoloogiate testimise ja nende seast valiku tegemisega juba 2013. aastal, katsetused kestsid ligi 8000 tundi. Aasta pärast oli meil valmis vedeltehnoloogia prototüüp – see suund tundus kõige perspektiivikam. Sealt liikusime sammhaaval edasi, 2016. aastal oli kogu tootmisahela kontseptsioon nii valmis, et seda sai hakata põhjalikult uurima. 2019. aastal jõudsime aga juba selleni, et Norra valitsus langetas otsuse seadme ja ka edasise logistilise lahenduse arendamist ja rajamist toetada,“ loetles 2000. aastast Breviki tehases töötav Houg erinevaid etappe.  

„Tuleval aastal, loodetavasti juba mais, peaks seade kogu oma suuruses ning võimsuses tööle hakkama. Esialgsetest plaanidest oleme mõne kuu maha jäänud, kuna Venemaa sõda Ukrainas on põhjustanud meile tarneraskusi.“

Ettevõtte arendatav tehnoloogia ei ole põhimõtteliselt uus, kuid uus on nende põhimõtete rakendamise mastaap ja erinevate lahenduste sidumine terviklahenduseks, nii-öelda väärtusahelaks. „Vedelate lahustite kasutamine CO₂ sidumiseks ning puhastamiseks on väga vana tehnoloogia, olles kasutusel juba 1930. aastatest ehk enam kui 90 aastat. CO₂ transpordiks on torujuhtmeid kasutatud 1970. aastaist. Praeguseks on olemas üle 2600 km selleks sobivaid torujuhtmeid.“

„CO₂ veoks laevadega on kohandatud juba ammu laialt kasutusel olevaid veeldatud maagaasi vedamise tehnoloogiaid. CO₂ merepõhjas naftapuuraukudesse pumpamise tehnoloogia, mida alates 1970. aastaist on kasutatud küll puuraukude tootlikkuse suurendamiseks sobib ka meie projekti jaoks,“ jätkas Houg.

„Ja viimaseks: ka CO₂ Põhjamere mandrilava põue, merepõhja alla ladustamine ei ole uus asi, seda on praktiseeritud keset Põhjamerd, 250 km Norra sadamalinnast Stavangerist asuval Sleipniri naftaleiualal juba 1996. aastast. Mahud on seni olnud aga väikesed, vaid mõned miljonid tonnid kogu selle aja jooksul. Uus, rõhutan, on eelkõige nende eelloetletud elementide sidumine ühtseks ahelaks ning sellise tehnoloogia kasutamine tsemenditööstuses.“

Mis on aga Brevikis alguse saanud projektis erilist? „Meie saavutus on need elemendid kõik ühtseks tootmisahelaks kokku siduda ning tõestada, et see kõik töötab ning on ka majanduslikus vaates jätkusuutlik. Rõhutan: meie projekt ei ole vaid CO₂ kinnipüüdmine, vaid see lõpeb gaasi veoga ja lõpliku ladustamisega maapõue. Meie eesmärk on näidata, et seni raskesti saavutatavaks peetud siht – betoonitööstuse dekarboniseerimine – on täiesti reaalne. Meil on täismõõdus ja töötav lahendus olemas ning kogu tootmisahelale Norra valitsuse toetus. 2021. aastal algasid ehitustööd, projekti nimi on Longship (viikingite pikklaev – toim). Rahamaailm on konservatiivne, lahenduse täismõõdus demonstreerimine, selle edu, avab meile uued finantseerimishorisondid.“

Suured rajatised, suured väljakutsed

Kuigi suur osa tehnoloogiatest on läbi proovitud, on salvestusseadme rajamine Breviki tsemenditehasesse olnud üsna suur insenertehniline väljakutse. „Tehnoloogia vajadustest tulenevalt peab kogumisseadmestik asuma tekkeallika ligidal. Nii projekteerisimegi absorbeerimiskolonni, pumbad ning ka deabsorbeerimis- ning veeldamisseadmed otse klinkripõletusahjude kõrvale. „See oli töökorralduslikult päris tõsine väljakutse. Püstitasime keset töötavat tehast ligi 50 meetri kõrguse ning 50 tonni kaaluva terasest absorbeerimistorni. See oli keeruline. Lisaks sinna kõrvale veel kõrgema deabsorbeerimiskolonni. Sadamasse ehitasime kokku 5000 kuupmeetrit vedelgaasi mahutavad kümnekorruselise maja kõrgused soojusisoleeritud mahutid. Neist kuuest, muide, jätkub ladustamiseks vaid neljaks päevaks, seega peab ka äravedu olema väga sujuvalt korraldatud.“

Lõputud horisondid

„Meie projekt on laiapõhjaline. Lisaks Breviki tehasele on CO₂ ladustamisprojektiga haaratud ka Oslos asuv Hafslundi prügipõletustehas, Hollandis asuv väetisetehas ja Taanis asuv bioenergeetika tehas. Kaks viimast teevad koostööd, aga ei ole senini Longshipi projekti osalised. Merd mööda toimetavad veeldatud gaasi kohale 7000-tonnise mahutavusega vedelgaasi laevad. Lõppjaamaks on Northern Lights sadamaterminal ja vaheladustamispunkt Øygardenis Norra läänerannikul. Sealt edasi pumbatakse vedelgaas juba 100-kilomeetrist merealust torujuhet pidi Põhjamerele. Øygardeni terminalist loodame edaspidi kujundada terminali kogu Euroopa tööstuse CO₂ salvestamise jaoks. Muretseda ei maksa: nendes vanades gaasi- ja naftaleiukohtades Põhjamere mandrilava all on salvestusruumi peaaegu lõputult.“

Edasi on plaanis projekti muidugi laiendada, tõestada selle toimivust ka laiemas mastaabis. „Demoprojekti õnnestumise järel ongi järgmine samm tootmisahel kommertsialiseerida, muuta see majanduslikult toimivaks, efektiivseks. Arvutused näitavad, et kogu protsess on CO₂ euroliidu kvootide hinna järsu tõusu tõttu muutumas üha rentaablimaks. Praeguseks oleme Brevikis juba alternatiivsete kütuste ja toorainete kasutuselevõtuga viinud tsemenditootmise madala emissiooniga tooteklassi (Low Carbon B), see on 60 protsenti tsemenditööstuse keskmisest tasemest. Edasi on sihiks Low Carbon A, Low Carbon Plus (mis on 50 protsenti tööstuse keskmisest tasemest, sellest peaks kujunema tööstusharu uus norm) ning edasi ka Low Carbon Extreme-tase. Need sihid on meie tehnoloogiaga lihtsalt saavutatavad, sest tootmisest väljuvad heitgaasid on pärast algset filtreerimist ja vedeltehnoloogia läbimise järgselt praktiliselt CO₂ vabad, need saab suunata otse atmosfääri. Meie siht aastaks 2030 on vähendada suureks keskkonnakahjustajaks peetava betoonitööstuse CO₂ emissiooni 10 miljoni tonni võrra aastas.““

„See on täiesti võimalik, sest selles mahus komplekse on juba aktiivses arendamises, samuti on toimunud kliimapoliitikas ja – mis veelgi olulisem – avalikus arvamuses suured ning tegelikud muutused rohepöörde kasuks. Sellise projekti õnnestumises on vajalik laialdane avalik huvi, meil on see Norras olemas – alates tudengitest kuni kuningakojani. Toetus on kõrgel tasemel ka näiteks Saksamaal, kuhu on tulemas suuri komplekse – sel kevadel käis meid koostöölepingu asjus toetamas Saksa asekantsler. Meil on ka valitsuse ning omavalitsuste toetus. Samuti on meil kujunenud partnerlus ettevõtetega kogu väärtusahela ulatuses,“ loetles Houg edu tagavaid aspekte.

Edasi

„Praegu ei ole projekt veel majanduslikult edukas, vajalik energiahulk on üsna suur, seega ka kallis. Aga ühiskond on üha enam valmis võtma enda kanda rohepöördega kaasnevaid kulusid, ka tsemendi hinna mõningast tõusu. Kõigile on üha selgem, et rohepööre ei tule tasuta,“ rõhutas kokkuvõtteks Houg.

„Meie järgmine samm ongi energiatõhususe suurendamine ja energiakulu kahandamine. Lisaks toon esile, et see tehnoloogia, kogu väärtusahel, ei ole kuidagi seotud üksnes tsemenditootmise eripäraga. Seda saab rakendada igasuguse tootmise puhul, kus on vaja CO₂ jalajälge kahandada. Eriti hea peaks olema selline lahendus tööstusklastrites, kus eri tehaste CO₂ saaks koondada ühte vaheterminali ning kus saaks ära kasutada enamiku sealsetes tootmisüksustes vabanenud soojusenergiast. Nii on ka edasised käitluskulud väiksemad. Ja lõpetuseks: CCS seadmekompleksi enda ökoloogiline jalajälg on vägagi tagasihoidlik: vaid 2,8 protsenti kokku kogutud CO₂-st.“