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

2. 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.

3. 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.
C10 H15.2 O0.93 S0.08 N0.03
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)

4. 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)

5. Põlevkivi tootmine milljonites tonnides ajavahemikus 1880 - 2000
Põlevkivi tippnõudlus oli Eestis alates kuni 1982, üle 30 mln tonni aastas;
Alates 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

6. Diskussioon põlevkivi kasutamisest
Kütus
Elektritootmine
Põlevkiviõli tootmine
Põlevkivi keemiatööstus

7. DIMENSIOONID

8. KESKKONNANÕUDED 20 / 20 / 20 +10 TURG
Euroopa energiapoliitika eesmärk „ ” 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 /
TURG

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

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

11. Tänased põlevkivikasutused

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

13. Põlevkivi peenkeemia KOKKU ca 2000 tonni aastas
epoksüvaike EPOX-b-4 ja EPOX-b-2
vaiku SF-281
karbamiidvaigud UF30 ja UF-15P
fenoolformaldehüüdvaiku PF-3014
õlivärvi, resoli, honeyoli, honeyol RFK-d
2 metüülresortsiini
KOKKU ca 2000 tonni aastas

14. Põlevkiviõli tootmisel energia jagunemine

15. Põlevkiviõli tootmiseks vajaminevad protsessid, kuluv energia ja emiteeruv CO2

16. 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.

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

18. Keevkihttehnoloogia võrdlus tolmpõletusega
In particular replacing four old PC boilers by CFB boilers gave splendid results (sl. 14). In case of new boilers the efficiency in power generation increases by 6-7 %, emission of SO2 reduces almost to zero, NOx two times, CO2 by 20 %. By that the emission of CO2 is on the same level as in coal firing power plants. Using deeper enrichment of OS and putting into practice some other measures the CO2 emission can be reduced more.

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

20. 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
CO2 kinnipüüdmine (CO2 emission capture)

21. 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.

22. 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 CaO rikas tuhk seob uuesti karbonaatidest tekkinud CO2

23. 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.

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