Sildiarhiiv: energeetika

Sügislehtede potentsiaal biokütusena (koostöös Talveakadeemiaga)

Artikli autor on Marta Kinnunen, kes õpib Tallinna Tehnikaülikooli magistrantuuris jätkusuutliku energeetika protsesse. Marta jõudis parimate hulka 2012. aasta Talvakadeemia teadusartiklite konkursil. 

Üha enam maad võtva keskkonnasõbralikkuse valguses oleme kindlasti korduvalt erinevate jäätmete optimaalse taaskasutuse üle pead murdnud, et oma panust meie ühiskonna jätkusuutlikuse tagamisse maksimeerida. Uuele ringile oleme harjunud saatma paberit, plastikut ja klaasi, ning biojäätmeid üritame võimalikult efektiivselt komposteerida. Peagi aknale koputavale kevadele mõeldes tundub värvilises sügises sumpamine muidugi kauge minevikuna, aga nii mõnigi mäletab, kui keeruline nendele üüratutele lehehunnikutele kohta leida oli. On ju just lehed need,mida me kaminas praksuva tule valguses sooja eest tänama peame, kuna just nende vastutusrikas ülesanne on päikeseenergia puitu sulgemine. Nii et miks mitte aianurgas mädanemise asemel nende kütteväärtust utiliseerida ja seeläbi keskkonda säästa?

Käesolevas töös uurisin sügiseste puulehtede põletamise võimalust, eeldades, et puitkütustele ja turbale on katla tüübi sobivuse korral võimalik lisada 10% ulatuses lisakütust, milleks oleks probleemne või väheuuritud omadustega kütus1. Selgus, et puulehed on senini väga vähe uuritud materjal, ning nende taaskasutamist pole laialdaselt arutatud. Tänapäeval kasutatakse biomassist saadud energiat kogu maailmas vaid 50 EJ aastas2.

Sügislehtede taaskasutamist soosivad mitmed faktid, nagu näiteks Eesti eesmärk suurendada taastuvatest ressurssidest toodetud soojuse osakaalu 2005. aastal olnud 21%-lt 33%-le aastaks 2013. Lisaks näeb biomassi ja bioenergia kasutamise edendamise arengukava ette tarbijate teavitamise kodumaiste taastuvate ressursside kasutamise eelistest lokaalküttes3. Miks mitte teavitada inimesi ka oma aiast kokku riisutud puulehtede kasutamise võimalustest.

Lisaks sellele näevad kehtivad arengukavad ette katlamajade puitkütusekatelde koostootmise seadmetega varustamise. See lubab puitkütusest koostootmise baasil toota täiendavalt soojust ja elektrit. Praegune statistika käsitleb biokütusena ainult puitkütuseid (puit, metsaraie ja puidutööstuse jäätmed, võsa). Energia saamiseks sobiva biomassi moodustavad Eestis aga lisaks puitkütustele ka turvas, põhk, energiahein, pilliroog, energeetilised põllukultuurid ning orgaanilised majapidamise ja põllumajanduse jäätmed3.

Eestis peetakse puulehtede kogumist sügishooajal loomulikuks ning nende komposteerimine on seni teadaolevatest võimalustest kindlasti mugavaim ning ka odavaim4.

Enne kogutud sügiseste puulehtede kalorsuse, niiskusesisalduse ja tuhasuse määramist jahvatasin puulehed liikide kaupa ühtlaselt peeneks, osakese läbimõõduga 0,5 mm2. Kalorsuse määramiseks pressisin kuivatamata materjalist 0,4-0,7 grammised tabletid. Kalorsust määrasin kalorimeetrilises pommis ning niiskusesisalduse määramiseks kasutasin kuivatuskappi, kus seisid jahvatatud lehed 24 tundi 105°C juures5. Tuhasuse määramiseks kaalusin üle 1 g niisket jahvatatud materjali tiiglisse ning asetasin selle muhvelahju temperatuurile 525°C. Selles protsessis põles proovist ära kogu orgaaniline aine ning allesjäänud tuha kaalusin nelja tunni pärast5.

Teostatud katsete kohaselt (vaata Tabel 1) on puulehed võrdlemisi suure energiasisaldusega. Keskmine kuivaine energiasisaldus on 20,64 kJ/g. Puulehtede põletamisel on probleemiks niiskus, mis kasutatud materjalis oli 35,65%. Niiskusesisaldus on paljuski tingitud sügisese lehekoristusperioodi ilmastikuoludest. Teostatud katsete kohaselt on puulehtede tuhasisaldus 7,05 – 9,93%.

Tabel 1. Teostatud katsete tulemused, mis näitavad kogu materjali arvutuslikke keskmisi väärtusi ja standardhälvet.

AS Veolia Keskkonnateenuste andmetel toodi sügisesel lehekoristusperioodil Aardlapalu ümberlaadimisjaama umbes 1350 tonni biolagunevaid jäätmeid Tartu linna piirkonnast. Kindlasti võib toojate seas olla ettevõtteid, kelle jäätmete hulgas on peenemaid puuoksi ning riknenud puu- ja juurvilju minimaalselt paarisada tonni. Seega võiks väga umbkaudseks puulehtede koguseks Tartu linnas ajavahemikul september 2010 kuni detsember 2010 lugeda 1000 tonni. Omavalitsustel on juba praegu kohustus rakendada biolagunevate jäätmete liigiti kogumist, mis võimaldaks kogumispaikadesse toodavad puulehed hõlpsasti ülejäänud jäätmetest välja sorteerida ja edasisse käitlemisse saata.

Seega võttes arvesse teostatud katseid puulehtedega oleks teoreetiliselt võimalik saada Tartu linnast kogutud 1000 tonnist niisketest puulehtedest (energiasisaldus 15,86 MJ/kg) energiat umbes 15 860 GJ. See on 1,3% kogu AS Fortum Tartu katlamajades 2010 aastal kasutatud biokütustest6.

Puulehti võiks kasutada väikeste üheperemajade kateldes ning suuremates koostootmisjaamades, milles on kas restpõletuskatlad või keevkihttehnoloogial põhinevad katlad. Eelistada tuleks keevkihttehnoloogial põhinevaid katlamaju, kuna keevkihtkoldes on võimalik põhikütusele lisada probleemsete või väheuuritud omadustega biokütuseid, nagu seda on puulehed1. Eestis on keevkihtkatlaid suhteliselt vähe, kuid planeeritavad uued biokütustel töötavad elektri ja soojuse koostootmisjaamad varustatakse suure tõenäosusega just seda tüüpi seadmetega1.

Puulehtede keskmiseks niiskussisalduseks on katsete põhjal 35,65%. Niiskusesisaldus on sõltuv ka lehtede kogumise perioodil valitsevast ilmast. Suur niiskusesisaldus on üks puulehtede kasutamise puudusi, võrreldes näiteks turbabriketiga, mille niiskusesisaldus on umbes 12% (vaata tabel 2). Enne katlasse panemist pole aga otstarbekas hakata puulehti kuivatama, sest see kulutab omakorda energiat ning muudaks kogu protsessi keerulisemaks. Siiski on ka niiskete puulehtede kütteväärtus arvestatav, ligikaudu 16 MJ/kg. Võrreldes näiteks rohtse biomassina kasutatava päideroo kuivaine kütteväärtusega, milleks on 14,9 MJ/kg, on seega hoopis mõttekam kasutada niiskeid puulehti kui kuivatada päideroogu. Suure niiskussisalduse tõttu võib aga tekkida probleeme katla hooldamisega, sest mida niiskem on kütus, seda rohkem seda kulub ning seda enam peab katelt tahmast puhastama.

Tabel 2. Erinevate biokütuste võrdlus 7 ja tabel 1

Põletamisel on oluline ka kütuse tuhasus. Eelistatakse väiksema tuhasisaldusega kütuseid. Puulehtede keskmine tuhasisaldus katsete põhjal on 7,05%, mis on tunduvalt rohkem, kui hakkpuidul (1%), kuid sarnane turbabriketile.

Kokkuvõtteks võib väita, et teostatud esialgsete katsete ja uurimuse põhjal on puulehed võrdlemisi suure energiasisaldusega kütus – kuivaine keskmine energiasisaldus on 20,64 kJ/g. Ka niiskete puulehtede kütteväärtus on arvestatav, ligikaudu 16 MJ/kg, mis on suurem kui rohtse biomassina kasutatava päideroo kuivaine kütteväärtus (14,9 MJ/kg).

Puulehtede lisamine põhikütustele lubatava 10% ulatuses võimaldaks säästa põhikütust ja ühtlasi vähendada puulehtede ladestamist.

Tulevikus oleks vaja teostada lisakatseid, kogudes võimalikult suurel hulgal erinevate puuliikide lehti. Pargi- ja haljastusjäätmete põletamise kõrval on mõttekas uurida ka metaani tootmist nii nendest kui lignotselluloossest materjalist üldisemalt.
Viidatud allikad:
1 Vares, V. 2008. Biomassi tehnoloogiauuringud ja tehnoloogiate rakendamine Eestis. Lõpparuanne. TTÜ Soojustehnika instituut. 176 lk.

2 Lehtveer, U. 2006. Taastuvenergia käsiraamat. Eestimaa Looduse Fond

3 Eesti Vabariigi Põllumajandusministeerium. 2007. “Biomassi ja Bioenergia kasutamise edendamise arengukava aastateks 2007 – 2013”.

4 Eesti Vabariigi Keskkonnaministeerium. 2008. “Riigi jäätmekava 2008 – 2013”

5 Schulte, E.E. 1995. Recommended Soil Organic Matter Tests. Lk 47-56. Rmt. J. Thomas Sims and A. Wolf (toim.) Recommended Soil Testing Procedures for the Northeasten United States. Northeast Regional Bulletin #493. Agricultural Experiment Station, University of Delaware, Newark, DE.

6 Proosa, H. AS Fortum Tartu peaökonomist. Suulised andmed. 19. 04. 2011

7 Lepa, J., Jürjenson, K., Normak, A., Hovi, M. 2001. Kütused soojusenergia tootmiseks:  teatmik. Eesti Põllumajandusülikooli kirjastus, 2001. 24 lk.

Miks laine-energeetika veel maailma ei päästa? (koostöös Talveakadeemiaga)

Artikli autor, Georgi Karhu, lõpetas rakendusliku Tallinna Tehnikakõrgkooli tehnomaterjalide & turunduse eriala ning jätkab oma õpinguid Oslo Ülikoolis Innovatsiooni ja Ettevõtluse magistratuuris. Ühtlasi võttis ta osa 2012. aasta Talveakadeemia teadusartiklite artiklite konkurssist.

„Meri võtab ja meri annab.“ Meri ja tema lainetus on ülivõrdes niivõrd võimas, et läbi aegade on selllele omistatud isegi Jumala vorm: antiik-kreeklastel Poseidon; roomalstel Neptun, muistsetel viikingitel Ægir jne. Veel mõni aeg tagasi, 2011 aasta märtsis, tuletas tsunaami moodsale maailmale meelde oma laientuse hävitavat jõudu, tekitades Jaapanile ja rahvusvahelisele kogukonnale miljarditesse ulatuvaid kahjusi. Pole kahtlust, et lainetus peidab endas märkimisväärset energiakogust. Miks siis pole inimkond suutnud lainetusest märkimisväärses koguses elektrienergiat toota nagu näiteks hüdroelektrijaamad jõgedel, tuulegeneraatorid avamerel või siis soojuselektrijaamad vulkaanilistel aladel?

Laine-energeetika – maailmapäästja või puukallistaja naiivne unistus? Kui tänase päevani ei tea lihtsurelikud laine-energeetikaalast suurt midagi, siis ilmselgelt eksisteerib kusagil pidur, mis ei lase niivõrd katsutaval hüvel ühiskonda imbuda. Tuuma- ja vesinikenergia kujutab endas sõna otseses mõttes „kvantfüüsikat,“ mis nii mõnelegi inimesele oma keerukusastmega juhtme kokku keerab. Sellele vaatamata võime kõik, nimetissõrm püsti, targutada, et eelnimetatud energiaallikad on laialdaselt levinud, kuid piiramatu ja tasuta laineenergia definitsiooni peame siiani entsüklopeediast luubiga otsima.

Energeetikatööstus mõjutab mastaapselt nii majandus-, sotsiaal-, kui ka keskkonnaküsimusi. Globaalse soojenemise fenomen (liustike sulamine, kõrbete laienemine), suurimad keskkonnakatastroofid (2010 jun. Golfi Lahe naftareostus, 1986 apr. Tšernoboli tuumakatastroof) ja poliitilised nafta/gaasisõjad (2003 märts USA invasioon Iraaki, 2009 jaanuari Venemaa-Ukraina gaasidispuut) on ajendatud nõudlusest energia järele. Nafta needus on põhjastanud paljude kolmandate riikide (nt. Nigeeria, Alžeeria, Liibüa, Süüria, Venezuela) ühiskonna arengu pidurdumist. Pole kahtlustki, et aktuaalsed küsimused energeetikas  jäävad igavaseks maailma poliitilist nägu kujundama. Kellel on energia, sellel on ka võim.

Maailma majandusarengut (sh. energiamajandust) veavad investeeringud. Paraku pole arengu veomootoriks heausklik sinisilmne ideoloogia rohelisest ühiskonnast, kus kõik maailmarahvad hoiavad kätest kinni ja lauavad „Kumbaya My Lord.“ Täringuveeretajateks on ennekõige investeerivad ärimehed ja neid suunav kohalik valitsus. Ilma erakapitali eraldamiseta jäävad ka kõige rohelisemad ja rabavamad äriideed teostamata.

Miks ärimehed ei soovi investeerida laineenergeetikasse? Äris kehtib väga lihtne fundamentaalne reegel: Ettevõtmisest saadav tulu peab ületama sinna algselt tehtud investeeringu. Ilma kasumita kaotab projekt atraktiivsuse ja jätkusuutlikuse ning varem või hiljem võime sellest lugeda vaid ajaloo lehekülgedelt. Heategevus on küll väga tore, kuid kahjuks inimene õhust ja armastusest siiki ära ei ela (see on muinasjutt). Ka ärimehe kere vajab kinnitust, hing kostitust, Ferrari liising ja majalaen maksmist ning naise sõrmed kulla ja briljandiga katmist. Lihtne.

Hästi läbimõeldud äriplaan toodab tulu kõigile. Seevastu puudulik planeerimine sünnitab ainult ebameeldivusi ja skandaale. Näitena võib tuua Eesti ühe läbiaegade uhkeima ja kalleima ehitusobjekti – KUMU kunstimuuseumi, kus suure hurraaga kinnitati lühinägelikult heaks projekti kavand ning alles peale mõningt opereerimisaega avastati, et ups… pole raha kolossi ülalpidamiseks.

Hajutatud kasumlik laineenergia turg. On siililegi selge, et elektrit on absoluutselt kõigil vaja, nii et nõudlusega ei tohiks probleeme tekkida. Turumajanduses kehtib lihtne reegel: Kus on nõudlus, seal on ka pakkumine. Vaatleme nüüd aasta keskmist laineenergiaressursside paiknevust maailma kaardil (vt joonist 1).

Lainete võimsus
Joonis 1. Globaalne aasta keskmine hinnanguline laine võimsus, kW/m (The Energy Blog, 06.10.2005)

Aasta lõikes on suurimad laineenergiavarud rannikupiirkondades, näiteks Briti saarte läänerannik, Islandi, Lõuna- Ameerika, Aafrika, Austraalia ja Uus- Meremaa lõunarannik ja Antarktika põhjarannik. Energia hinnanguline võimsus ulatub nimetatud piirkondades üle 60-ne kW/m kohta. Siseveekogud (järved, mered k.a lahed) on aasta lõikes laineenergiavaesed.

Maailma laineenergia aastane tootlikkus on seega globaalselt hajutatud. Lisaks peab veel arvestama asjaolu, et energia tootlikkus varieerub hooaegade lõikes tublisti ning jäärikkad piirkonnad põhjustavad vees hulpivatele konverteritele rida probleeme, alates pindkatte kahjustamisest kuni staatilise kinnikülmumiseni.

Laineenergia muunduri tehnoloogilised väljakutsed. Energia püüdmiseks merelainetest on vaja lained kinni püüda konstruktsiooniga, mis reageerib laine poolt avaldavale jõule sobivaimal kujul. Põhimõtteliselt on iga generaator valmistatud nö. rätsepatööna spetsiaalselt vastavalt tema töökeskkonnale. Näiteks Lõuna-Ameerika lõunaranniku avamerre disainitud poi-tüüpi generaator ei sobi töötama Uus-Meremaa lõunaranniku lainetes, sest lainete karakteristikud ja vetevälja aktiivsete kasutajate nõuded on erinevad. Ühed seadmed sobivad paigaldamaks keset merd, teised aga otse rannikule.

Iga seadme täpne füüsiline suurus ja kuju on juhitud vastavalt tema tööiseloomust, lihtsalt öeldes peab seadme töömaht olema laiuse suhtes mitukümmend kuupmeetrit meetri kohta. Sellest väiksema töömahuga seadmetel on piirangud tüüpilise lainetsükli koguenergia püüdmisel: vaatamata sellele, et agregaat võib püüda väiksematest lainetest enamuse energiast, tekivad tagasilöögid kokkupuutel suuremate lainetega, vähendades sellega üleüldist efektiivsust. Konstruktsioonide suuremõõtmelisus annab tunda eelkõige tootmise ja logistika planeerimisel ning korrosiivne merevesi seab kõrgendatud nõuded kasutatavale masinaehituslikele- ja elektriseadmetele ning konstruktsiooni pindamissüsteemile. Kuna muunduri töökeskkonnaks on meri, siis ülikõrgete hoolduskulude vältimiseks peab kasutama võimalikult hooldusvabu ja seega kalleid komponente.

Kogu elektriväljund on üldiselt sujuvam mitme laineenergia mooduli liitmisel kui et üksiku mooduli kasutamisel. Mitmesaja ujuva seadeldise rakendamisel muutub summeeritud väljundvõimsus sujuvamaks. Merealuse elektrikaabli vajalikkus toob kaasa uued väljakutsed seoses seadme paigaldusega ja elektrivoolu juhtimisega maapealsesse vooluvõrkku (vt joonist 2) (Boyle, 2004).

Joonis 2. Järjestikkuse laineenergia seadeldiste vooluvõrku ühendamine (Boyle, 2004)

Laineenergeetika suurim takistus on ülemaailma kitsatesse regioonidesse fokusseeritud energiaressurss, mille füüsilist levikut piiravad lisaks mitmed majanduslikud, poliitilised ja sotsiaalsed ohutegurid. Genereeritav energia hulk on väga tugevas sõltuvuses ümbritsevast merekliimast, mistõttu leiab perspektiivikat seadme rakendust vaid tormistel avamere ning kaldalähedastel aladel. Hooajati vahelduv merekliima seab tõsise küsimärgi alla laineenergia generaatori tasuvuse ja usaldusväärsuse. Laine ressursside hajutatud paiknemine teeb tegutsemisvaldkonna atraktiivseks vaid selle vahetus läheduses asuvate tootjate silmis.

Laineenergia muundur on oma olemuselt üks keskkonnasõbralikumaid elektritootmise võimalusi, mõjutades minimaalselt nii loodus-, majandusliku kui ka sotsiaalkeskkonda. Teadusarendust soosib kindlasti praeguse sotsiaalse ühiskonna kui ka poliitilise keskkonna suhteliselt roheline meelestatus. Samas kahtlen, kas leidub piisavalt erainvestoreid. Kui poliitilisel maastikul on võimalik rahastamine läbi erinevate programmide (kohaliku omavalitsuse toetus, struktuurfondid), siis eraettevõtjatest investorid jäävad väga suure riski tõttu tagasihoidlikuks. Muunduri väike eluiga, kõrge realiseerimis-, opereerimis ja utilisreemiskulud seljatavad projekti äratasuvuse.  Riski suurendavad võimalikud saatuslikud konfliktid tegevuslubade hankimisel kohalikelt omavalitsustelt ja territoriaalvee aktiivsetelt kasutajatelt.

Globaalsele soojenemisele, naftasõdadele ja terroriohule vaatamata suureneb lähitulevikus nõudlus odavate ja kõrge kütteväärtusega fossiilsete kütuste järele. Trendi toetavad hiljutised Euroopa gaasitarne projektid Venemaaga (Nord- ja South Stream), nafta ammutamiskoguste suurendamine Lähis-Idas ja uute naftamaardlate avastamine Lõuna-Hiina meres. Roheliste energiaallikate osas investeeritakse pigem prügi-, tuule-, vesiniku-, tuuma ja päikese- kui et laineenergia arendamisse.

Leian, et hetke laineenergiatehnoloogiat ja maailma energiapoliitika trende arvestades jääb maailma toitmine ookeani lainete baasil pelgalt unistuseks. Negatiivsele uuringutulemusele vaatamata olen veendunud, et laineenergia tehnoloogia täiustamine ja arendamine vajab tähelepanu ja finantseerimist. Antud hetkel pole laineenergeetika rakendamisega võimalik küll rikastuda, olen aga kindel, et tulevikus on maailmameri üheks domineerivamaks ja atraktiivseimaks energiaallikaks. Propageerigem jätkusuutlikku energiamajandust aga samas hoidkem oma kaks jalga maa peal!

Loe lisaks:

  • Boyle, G. 2004. Renewable energy power for a sustainable future. Oxford, UK: The Open University,  312 – 336.
  • Cruz, J. 2008. Green energy and technology. Ocean wave energy current status and future perspectives. Berlin, GER: Springer, 93 – 414.
  • Scottish Enterprise. 2005. Marine Renewable (Wave and Tidal) Opportunity Review. Scottish Enterprise: 8 – 14.
  • The Energy Blog: About wave power. http://thefraserdomain.typepad.com/energy/2005/10/about_wave_powe_1.html (13.11.2011)

Uued tuuled laevanduses

Loo autor, Martin Ligi, on TÜ doktorant keskkonnatehnoloogia erialal, keskkonnaseire suunal ning ühtlasi insener Tartu Observatooriumi Atmosfäärifüüsika osakonna Taimkatte seire töörühmas. Hetkel resideerub ta välisspetsialistina Hollandis. 

Laevanduse ajalugu võib alustada hetkest, mil inimesed hakkasid suuremate puujuppide ujuvust kasutades veekogusid ületama. Päris kaua aega kasutati edasi liikumist vaid taastuvaid energiaallikaid, milleks olid tuul, vool ja kondimootor, kuid aastal 1803 muutus kõik, kui Robert Fulton lisas laevale aurumootori ning pool sajandit hiljem valmis ka ainult auru jõul liikuv laev. Edaspidi on kasutusele võetud erinevaid taastumatuid energiaallikaid, et rajada maailmamerele hiiglaslik laevastik, mis just keskkonnale erilist lahkust üles ei näita. Õnneks on kümneid aastaid muudest tööstustest hiljem hakatud ka laevanduses loodussõbralikkusele rohkem tähelepanu pöörama.

Mõned aastad tagasi hakkas Tallink ostma uusi kiiremaid ja ökonoomsemaid parvlaevu, mis iseenesest on tervitatav nähtus, kuid kuivõrd rohelised need tegelikult on, ei oska öelda. Kindlasti ei tasu siit loota mingeid radikaalseid uuendusi. Parimal juhul on ehitamisel lähtutud roheliste laevade projektis leitust, mille kohta saate täpsemalt lugeda aadressil internetist. 

Antud tekstis keskendun siiski rohkem lennukatele ideedele, mis ehk kunagi ka massilist kasutust leiavad. Kuigi mitmedki tehnoloogiad on juba läbinud esimesi edukaid katsetusi merel, siis seni julgeima disaini „The Orcelle“ (joonis 1) on loonud Skandinaavia laevandusettevõte Wallenius Wilhelmsen, kes lähtuvalt enda erialast, ehitasid autotransportööri, mis vastab tänapäeva kiiruslikele ja mugavuslikele standarditele ja kombineerib teadaolevaid tehnoloogiaid sealjuures ainult taastuvaid energiaallikaid kasutades.

Joonis 1. E/S Orcelle

Tuul ja päike. Kui tuuleenergia kasutamine pole midagi uut, siis uutes lahendustes on rohkem tähelepanu pööratud purjete multifunktsionaalsusele. Laeval, mille kaubaruum on umbes 14 jalgpalliväljaku suurune, on kolm hiiglaslikku purje. Kõik on valmistatud hästi kergetest ja vastupidavatest materjalidest ning lisaks sellele on kaetud ka päikesepaneelidega. Valdavalt ongi uute purjede juures lisatud, et need peaksid olema võimelised kasutama ka päikeseenergiat. See teeb nende valmistamise kindlasti kallimaks, kuid efektiivsus kasvaks oluliselt. Igal pool maailmas on väiksemate aluste peale pandud katsetusteks päikesepatareisid, kuid alati on tegemist elektri tootmist võimaldava üksusega. Kuskilt pole veel kuulda olnud majadelt juba väga tuttavate päikesepaneelidest, mille eesmärk on toota soojust mitte elektrit, väga põhjas ja väga lõunas töötavad suured laevad võiksid selliste lahenduste uurimise peale mõelda. Ametlikult sõlmisid 2008. aastal alternatiivsete lahenduste tootja SolarSailer ja Hiina suurim laevakompanii COSCO group koostöölepingu, et konteinerlaevadele luua päikesepatareidega purjed, kuid arengu suhtes tsiteeriksin Hiina firma 2010. aasta jätkusuutlikkuse raportit: „COSCO Group is actively researching on the development of substitute energy in the future, and is researching on the possibility of adopting nuclear power, wind power and solar energy as ship power.“

Laineenergia. Tegemist on uuemat tüüpi energiaga, mis toodab energiat üksusest, mis üldiselt on laevadele ainult raskuseks, mida on vaja ületada, olnud. Orcelle’l on 12 „uime“ mis on võimelised laineenergia muutma mehaaniliseks energiaks, mis oma olemuselt peaks toimima sarnaselt delfiinide edasi liikumisega, elektriks või vesinikuks. Uimed võivad kasutada ka laeval olevaid teisi energiaallikaid, et laeva edasi liigutada. Selliste uimede erinevus purjedest seisneb eelkõige selles, et need on võimelised liigutama laeva soovitud suunas hoolimata lainete liikumise suunast. Teiseks on lained olemas ka tuulevaikse ilmaga. Edukaimad katsetused (seisuga jaanuar 2009) pärinevad 2008. aastast, kui 69 aastane jaapanlane Ken-ichi Horie sõitis laineenergia abil edasi liikuva ja vajaliku elektrit päikesepatareidega tootva paadiga (joonis 2) Havailt Jaapanisse. Selle laeva kiirus oli kuni kümme korda väiksem kui üldiselt suurtel tankeritel, kuid läbis seni pikima vahemaa laineenergial põhineva alusega.

Joonis 2. Laineenergiat rakendava purjeka „mootor“

Kütuseelement. Hoolimata kõigest eelnevast peaks poole Orcelle kütusemahust katma kütuseelement. Sellises süsteemis segatakse elektri saamiseks kokku puhas hapnik ja vesinik ning lisasaadusteks on vesi, aur ja soojus. Saadud energia peaks tööle panema uimed, varustama ülejäänud laeva elektriga ja lisaks panema tööle ka kaks laeva taha võimast veejuga tekitavat süsteemi. Viimasega kaotatakse vajadus seniste sõukruvide järele. Süsteemi suur pluss on kohapealne vesiniku tootmine, milleks vajaliku energia saadakse uimede abil lainetest.

Laeva disain. Olulist energiakokkuhoidu annab ka säästlik planeerimine. Mida voolujoonelisem on auto seda stabiilsemalt püsib see teel ja kulutab vähem kütust. Samamoodi on ka laevadega. Konkreetne laev on pentamaraan, kus siis üks peenike ja lainetest hästi läbi murdev kogu laeva pikkune kest asub laeva keskel ja stabiilsust lisavad neli äärtel paiknevat tuge. Selline disain tagab piisava stabiilsuse tormisemal merel ning annab parema läbivuse, sest hõõrdepind veega väheneb. Lisaks kaob sellise kuju puhul ära vajadus ballastivee järele, mis oluliselt vähendab liikide sunnitud rännet ja ohtlike võõrliikide sattumist teistesse vetesse, kuid selle probleemi kirjeldamine vajaks juba uut postitust.

Suur võit on saavutatud ka uudseid materjale kasutades. Nii on kergeid materjale, näiteks alumiinium ja termoplastik, kasutav alus võimeline vedama 50% rohkem autosid kui sama suur praegu eksisteeriv laev. Suuresti on see tingitud ka ballastivee vajaduse kaotamisest.

Lained kui energiaallikad (koostöös Talveakadeemiaga)

Artikli autor on Victor Alari, kes õpib Tallinna Tehnikaülikoolis maateaduste magistriõppes. Victor jõudis parimate hulka 2011. aasta Talvakadeemia teadusartiklite konkursil.

Joonis 1. Aasta keskmine päikese võimsus pinnaühiku kohta. (3)

Energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teise (või kantakse ühelt kehalt teisele). See fundamentaalne väide kannab energia jäävuse seaduse nime, kuid millegi pärast ei tundu see inimestele nii intuitiivne kui gravitatsiooniseadus (see et õunad ikkagi maa peale kukuvad mitte kosmosesse). Põlevkivi või nafta mida me täna põletame, taimed mida söövad lehmad ja lehmad keda sööme meie, on kontsentreeritud vorm päikeseenergiast. Kõlab ju lausa uskumatult, et igaühe sees särab tegelikult päike.

Joonis 2. Keskmine tuule võimsus pinnaühiku kohta (4)

Päikeseenergia, mis on talletatud fossiilsetesse kütustesse, on sinna kogunenud väga pika aja jooksul, kuid inimkond on suutnud pärast tööstusrevolutsiooni selle väga kiiresti maapõuest välja võtta, nii et selle varud ammenduvad lähima 100 aasta jooksul. Fossiilsete kütuste põletamise juures on ka teine aspekt, mis tuleks ära märkida. Nimelt paisatakse nende põletamisel atmosfääri süsinikdioksiidi, mida loodus ei suuda kahjuks alla neelata sama kiiresti, kui meie seda atmosfääri paiskama. Selle tagajärjeks loetakse üsna suure tõenäosusega kliima soojenemist.

Minu jaoks tundub üsna loogiline, et  tuleb panustada väga palju ressursse alternatiivsete energiaallikate kasutuselevõtuks. On ju taastuvad energiaallikad kontsentreeritud vorm päikeseenergiast, mis kestavad veel sama kaua kui päikene ning ei reosta süsinikdioksiidiga keskkonda. Üks tuntumaid selliseid on loomulikult tuul, aga kus tuult ja vett, seal ka lainet.

Joonis 1 illustreerib aasta keskmist päikeseenergia kiirgustihedust. See tähendab, et päikesepatarei kasuteguri 100 % juures saaks ekvatoriaalsetelt aladelt 1 m2 suuruselt pinnalt võimsust kuni 350 W, ehk 1 m2 suurune päikesepatarei suudaks siis põlemas hoida kuni kuus 60 W lambipirni.  Eesti laiuskraadil tuleks aasta keskmiseks ligikaudu 150 W/m2.  Liigume edasi tuuleenergia juurde. Jooniselt 2 näitab tuuleenergia potentsiaali kogu maailmas.

Nagu näha on tuuleenergia võimsus pinnaühiku kohta suurem päikeseenergia võimsusest. Näiteks talvel saab 1 m2 suuruselt pinnalt Läänemere kandis  teoreetiliselt kuni 700 W ehk 0.7 kW energiat. Võiks ju arvata et laineenergia on samas skaalas kui tuuleenergiagi, kuid võta näpust.

Joonis 3. Maailma laineenergia potentsiaal (5)

Joonisel 3 on esitatud aasta keskmine laineenergia potentsiaal iga laineharja meetri kohta (seda illustreerib Joonis 4, mis on iga laineharja meeter).   Iirimaa ranniku lähedal on see lausa üle 60 kW/m, ehk siis iga laineharja meetri kohta saaks teoreetiliselt kätte kuni 60000 W võimsust ehk saaks põlema panna kuni 1000 lambipirni!

Joonis 4. Lainetuse võimsuse definitsioon.

2010 a Talveakadeemiale esitatud tööst pealkirjaga „Lainetuse energia potentsiaal Eesti territoriaalmeres“ selgus et:

  • Võrreldes tuuleenergiaga on lainetuse energia potentsiaal 8 korda suurem. Keskmine lainetuse võimsus on 5 kW/m Saaremaa ranniku lähistel (Joonis 5). Seetõttu on tuuleenergia arendamise kõrval mõttekas panustada kindlasti lainetuse energia tootmisesse.
  • Lainetuse energia sesoonne käik ühtib suuresti energiatarbimise nõudlusega. Lähtuvalt sellest on võimalik toota suur osa energiast just siis, kui on suur tarbimine.
  • Suurte Euroopa Liidu liikmesriikide nagu Prantsusmaa, Suurbritannia ja Hispaaniaga võrreldes on Eesti lainetuse energia potentsiaal 4 korda suurem, sest me tarbime kümneid kordi vähem energiat kui mainitud riigid. Teisisõnu, Eestis on võimalik toota märkimisväärne osa energiast lainetest.
Joonis 5. Laine võimsus (kW/m) kahe aasta keskmisena Saaremaa ranniku lähistel.

Uuri edasi:

1) Presentatsioon laineenergia võimalikkusest Eesti rannikumeres: http://tipikas.tv/video/G4W31D4921YO/Victor-Alari-TTÜ-Lainetuse-energia-potensiaal-Eesti-territoriaalmeres

2) Poster Läänemere teaduskongressil lainetuse energiast Eesti rannikumeres:

Alari, Victor (2011). Wave energy resources in Estonian territorial sea. 8th Baltic Sea Science Congress, St. Petersburg, August 22-26, 2011. St. Petersburg:, 2011, 271 – 271.

(3) http://www.chemexplore.net/Solar-Energy.gif

(4) http://www.jpl.nasa.gov/images/quikscat/20080709/quikscat-wind-browse.jpg

(5) http://www.oceanharvesting.com/pics/uploads/0/figpowerannworld.jpg

Biodiiselkütuse laialdase kasutuselevõtmise võimalikkusest Eestis

Biodiiselkütuse tootmisest Eestis on palju räägitud ja selle kohta liigub rohkesti vastakaid arvamusi. Ükskõik millise energialiigi kasutusele võtmiseks tuleb arvestada kui palju kulub selle tootmiseks energiat ja kui palju saab sealt energiat kätte. Antud näitaja on põhiline faktor, mille põhjal kujuneb ühe energialiigi hind.

Toetudes EMVI (Eesti Maaviljeluse Instituut) 2001. aastal tehtud uurimusele, võib öelda, et põhimõtteliselt on energeetilises mõttes biodiiselkütuse tootmine Eestis kasulik, ehk siis tootmiseks kuluv energia hulk on väiksem kui saadav energia hulk. Biodiiselkütuse tootmiseks kulub energiat mitmesuguste erinevate tööde peale. Nendeks oleks põllutöödele kuluv energia, rapsiseemnest õli kätte saamiseks kuluv energia (pressimine+esterdamine) ja väetiste ja taimekaitsevahendite tootmise peale kuluv energia. Uurimuses tehtud energiabilansist tuleb välja, et  ühelt hektarilt saab 1,3-1,6 korda rohkem energiat kui tootmiseks kulub.

Maa, eriti põllumajanduslik maa, on piiratud ressurss. See on üks põhiline argument, mis räägib biodiiselkütuse laialdase kasutuselevõtu vastu. Statistikaameti andmetel oli aastal 2007. põllumjanduslikku maad 906 833 hektarit. Diiselkütust kasutati aastal 2007 kokku 528 000 tonni.  Ühelt hektarilt on võimalik saada kuni 0,953 t biodiiselkütust. Arvestades, et saadava energia ja tootmiseks mineva energia suhe on 1,6 siis 0,953 t biodiiselkütuse tootmiseks kulub 0,953/1,6=0,595 t kütust. Lahutades kogu saadavast kütuse hulgast kuluva kütuse hulga, saame kasutatava kütuse hulga 0,953-0,595=0,358 t. Seega ühelt hektarilt saab 0,358 t diislit. Jagades aastase diiselkütuse tarbimise 528 000 t 0,358 t/ha, saame teada, et kogu aastase diiselkütuse tarbimise rahuldamiseks, peaks rapsi kasvatama ca 1 474 860 hektaril,  viitan siinjuures uuesti, et statistikaameti andmetel oli 2007. aastal põllumajandusliku maa pindala 906 833 hektarit. Arvutustest tuleb selgelt välja, et biodiiselkütuse laiaulatuslik kasutusele võtmine ei oleks võimalik.

Eelnevad arvutused põhinesid energiabilansil piiratud maaressursi tingimustes. Teine ja võibolla veel tähtsam aspekt on majanduslik tasuvus. Selleks, et üldse hakata biodiiselkütust suuremas hulgas, on vaja teha mitmeid investeeringuid ja seda nii tootjal kui ka tarbijal. Eestisse oleks vaja teha tehaseid, mis tegeleksid biodiisli tootmisega rapsist. Biodiiselkütus peab vastama Euroopa Liidu kvaliteedi nõuetele ning selle tootmiseks vajaliku tehnika soetamine oleks kindlasti kulukas ettevõtmine. Talumehed peaksid täiendama oma masinaparki ning palkama töötajaid, suurendama oluliselt rapsi kasvatamist. Põllumajandus on iseenesest üsna töömahukas tootmisharu ning agrotehnika on kallis. Lisama peab veel, et kõik ettevõtjad tahavad ka kasumit teenida.

Kõike neid aspekte arvesse võttes tuleks biodiiselkütuse lõpphind tarbija jaoks liiga kallis, lisaks tuleb veel silmas pidada asjaolu, et tarbija peaks tegema omapoolse investeeringu, biodiislit kasutades tuleb ümber seadistada diiselmootorite kütusepumbad, -torustik, -filtrid ja –pihustid. Seega ma arvan, et lõppkokkuvõttes poleks biodiisli laialdane kasutusele võtmine Eestis võimalik.

http://www.eria.ee/public/files/teema_17.pdf

http://www.stat.ee/