Energeetika ja kütuste tulevik ehk Viiekümne viiendaks vormi

ALLAN NIIDU

Share this...
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter

Euroopa Liidu plaan „Fit for 55“1 määratleb käesoleva seisuga ka Eesti energeetika ja kütuste tuleviku. Plaan sisaldab kokku nelja põhilist meedet.

• Kasvuhoonegaaside heitmete vähendamine – võrreldes 2005. aastaga peaks üldine heide vähenema 2030. aastaks 61%.
• Taastuvenergia kasutuse suurendamine – 2030. aastaks peaks taastuvate energiaallikate osakaal suurenema kogu energiaallikate jaotuses vähemalt 40%-le.
• Energiatõhususe parandamine – energiatõhusus peaks suurenema 36%-le lõpptarbimise ja 39%-le primaarenergia tarbimise puhul.
• Alternatiivkütuste taristu loomine, mille raames tuleb tagada sõidukite laadimis- ja alternatiivkütuste tankimistaristu kasutuselevõtt ning sadamas seisvatele laevadele ja lennujaamas seisvatele lennukitele alternatiivne energiavarustus.

Viimased kolm meedet tulenevad heitmete vähendamise nõudest, sest selleks ongi kõik ülejäänud ettevõtmised vaja ellu viia. Milline on selle plaani mõju Eestile?

Siinne hetkeolukord

Eesti energiatarve aastas on u 32 TWh,2 millest omakorda ligikaudu 5,6 TWh moodustab soojuse tarbimine, 7,2 TWh elektritarbimine, 9,2 TWh transpordikütused ja ülejäänud 10 TWh muud kütused. Sektorite kaupa jaguneb energiatarbimine järgnevalt: tööstus 4,74 TWh, transport 9,2 TWh, äri- ja avalikud teenused 5,48 TWh, majapidamised 10,99 TWh ja muud kulud 1,28 TWh. Eelnevast on näha, et umbes kolmandik kogu Eesti energiast tarbitakse kodumajapidamistes ja peaaegu kolmandik transpordis, seega peaks nendes sektorites toimuma ka kõige suuremad muutused, et ühiskond saaks seatud eesmärke täita. Samuti kehtib Eestis riiklik energia- ja kliimakava aastani 2030, mille kohaselt peaks energia lõpptarbimine jääma samale tasemele praegusega, see on umbes 32-33 TWh aastas. Sellest tulenevalt tuleb peale transpordi dekarboniseerimise (loe: kasvuhoonegaaside heitmete vähendamine) tegeleda ka energiatõhususega laiemalt, nt elamufondi soojustamisega, soojus- ja elektrienergia kadude vähendamisega jne.

Täpsemalt on Eesti riikliku energia- ja kliimakava eesmärgid:3

• Eesti kasvuhoonegaaside heitme vähendamine 80% aastaks 2050 (sh 70% aastaks 2030).
• Jagatud kohustuse määrusega kaetud sektorites (transport, väikeenergeetika, põllumajandus, jäätmemajandus, metsamajandus, tööstus) vähendada aastaks 2030 võrreldes 2005. aastaga kasvuhoonegaaside heidet 13%.
• Taastuvenergia osakaal energia summaarsest lõpptarbimisest peab aastal 2030 olema vähemalt 42%.
• Energia lõpptarbimine peab aastani 2030 püsima tasemel 32-33 TWh/a.

Nagu näha, on areng laias laastus samal joonel „Fit for 55-ga“.

Transpordi tulevik

Nii Tallinn kui Tartu plaanivad mõne aasta pärast tuua linnaliinidele vesinikubussid. Pildil vesinikubuss Prantsusmaal.

Snoopy 31 / CC SA-BY 4.0 / Wikimedia Commons

Kui viime kogu transpordi üle elektrile, peaksime suurendama elektritootmist enam kui kaks korda eeldusel, et elektriautode energiakulu on võrreldav sisepõlemismootoritega varustatud autodega. Tegelikkuses on elektrisõidukid enam kui kolm korda tõhusamad, mistõttu elektrienergia tarbimine võiks isegi väheneda. Ilmselgelt ei plaanita viia kogu transpordisektorit üle elektrile, sest praegu pole elektriveokid veel konkurentsivõimelised ja rasketranspordis on seega võetud suund pigem vesiniku ja lennunduses nn SAFide (sustainable aviation fuel, maakeeli jätkusuutlikud lennukikütused) kasutusele võtmisele. Samuti pole laevanduses leitud selget lahendust fossiilsete kütuste asendamiseks.

Väike kõrvalepõige lennundusse. Mis asi see SAF siis on? Allikaks on orgaanilist ainest sisaldavad materjalid, nt toiduõli ja muud loomadelt või taimedelt saadud õlid, kodudest ja ettevõtetest pärit tahked jäätmed, nt pakend, paber, tekstiil ja toidujäägid, mis muidu läheksid prügilasse või põletataks. Teiste võimalike allikate hulka kuuluvad metsanduses tekkivad jäätmed, näiteks puidujäätmed, ja energiakultuurid, sealhulgas kiiresti kasvavad taimed ja vetikad. Heaks näiteks on loomsete ja taimsete rasvade vesiniktöötlusel saadud vedelkütused (süsivesinike segud), mida muu hulgas toodavad ka Neste4 ja BP.5 Lisaks loodetakse lennunduses viia lokaalne lennuliiklus üle elektrimootoreid kasutavatele lennukitele, mida saaks käitada kas akudelt või vesiniku kütuseelementidelt. Eestis tegeleb alternatiivsetel kütuseallikatel põhineva lokaalse lennunduse edendamisega Lennundusklaster. Tänapäeva tootmisvalmis, kuid mitte veel tootmises olevad väikelennukid, milles on üheksa reisijakohta, suudavad ühe laadimisega lennata u 600 km kaugusele. Seega on meil oodata Eesti-siseste lendude elektrifitseerimist.

Ka laevanduses otsitakse võimalusi fossiilkütuste asendamiseks. Kõige lihtsam oleks minna sama teed nagu lennunduses, ja vähemalt esimeses järjekorras ongi see plaanis – kasutada nn jätkusuutlikke kütuseid, näiteks biometaani (ka diislit ja kütteõli), mis võimaldaks maagaasiga vms kütusega sõitvatel laevadel nende eluea lõpuni opereerida. Probleemiks on siinkohal raskete naftafraktsioonide asendamine, sest nendele lihtsat asendust loodusest ei leia. Väikelaevadel oleks võimalik kasutada elektrimootoreid, mida saaks sarnaselt väikelennukitega käitada akudelt või vesiniku kütuseelemendilt, kuid suurte laevade puhul osutuvad akud liialt raskeks ja vesinik liialt kergeks. Vesiniku energiatihedus ruumala kohta on sedavõrd madal, et suured kaubalaevad oleks sunnitud oluliselt vähendama veetava kauba koguseid. Aga iga tonn kaupa, mis jääb vedamata, vähendab ühtlasi majanduslikku tasuvust. Flirditakse ka mõttega ammoniaagist, mille mahuline energiatihedus on suurem kui vesinikul, kuid see jääb siiski alla maagaasile ja vedelkütustele.

Raudteetranspordiga on mõnevõrra lihtsam kui lennukite ja laevadega, sest siin on kaks kindlat alternatiivi: elektrifitseerimine ja vesiniku kasutamine. Elektrifitseerimine on kallis lõbu – Eestis tuleks elektrifitseerida u 800 km raudteed, millele kuluks umbes 300 mln eurot. Vesinikule üle minnes pole vaja raudteed elektrifitseerida, kuid tuleks hankida uued rongid või olemasolevad ümber ehitada. Norra ja Ameerika Ühendriikide raudteeliinide võrdlus6 tõi välja vesinikurongide eelise elektrifitseerimise ja akurongide kasutuselevõtu ees pikaajalises võrdluses (10–30 aastat). Norras vaadeldi 771 km pikkust Trondheimi ja Bodø vahelist liini ning Ameerika Ühendriikides Kansas City ja Los Angelese vahelist 2883 km pikkust liini. Norra puhul olid kapitaliinvesteeringud suurimad elektrifitseerimise korral ja Ameerika Ühendriikide puhul akutehnoloogiate kasutuselevõtu korral. 2020. aasta seisuga olid mõlemal juhul kõige väiksemad kapitalikulud kiirlaadimissüsteemi loomisel, kus akude hulka rongis vähendatakse peatustes akude kiirlaadimise arvelt. Tulu ja kulu suhe seevastu oli odavaima kapitalimahutusega tehnoloogilisel lahendusel üle ühe ainult Norra liinil, Ameerika liinil oli mõttekas kasutada ainult elektrifitseerimist. Kui arvestada tehnoloogia arenguga, näiteks mastaabiefektist tuleneva toodetava ühikuhinna odavnemisega, siis kümne aasta perspektiivis, aastaks 2030, muutuks olukord juba mõnevõrra – Norra liinil oleks vesinik väikseima kapitalimahukusega, parima tulu ja kulu suhtega (2,24) ning lühima tasuvusajaga (1,4 aastat). Ka Ameerika Ühendriikide liinil on kümne aasta perspektiiv veidi teistsugune, vesinik oleks nüüd konkurentsivõimeline – tulu ja kulu suhe 1,22 ning tasuvusaeg 5 aastat. Kiirlaadimissüsteem on veel mõnevõrra kasulikum, kuid püütavas kauguses. Siit järeldub, et valik raudteetranspordi elektrifitseerimise ja mõne muu tehnoloogilise lahenduse vahel sõltub konkreetsest juhtumist. Eestis on vähemalt üks ettevõte, Operail,7 otsustanud oma veduripargist kuni 40 vedurit üle viia vesinikule ja kasutada neid keskkonnasäästlike manööverveduritena.

Ühistranspordiga jätkates: ka busside puhul on kaks põhilist valikut fossiilsetest kütustest loobumiseks – elektribussid akutoitel või vesinikutoitel. Tavabuss, see diislineelaja, maksab u 250 000–300 000 eurot, akudel töötav elektribuss umbes 500 000 eurot ja vesinikubuss u 600 000–650 000 eurot. Lisaks puudub nii elektribussidele kui ka vesinikubussidele vajalik laadimis- ja tankimistaristu. Tehnoloogilise küpsuse seisukohast on praegu eelistatud akudel töötavad elektribussid. Seda teed on läinud Hiina ja kavatseb teha ka Tallinna linn, plaanides soetada 15 uut elektribussi ja ehitada välja vastav taristu. Elektribusside poole vaatab ka Austraalia. Seevastu Tartu peab plaani pikemas perspektiivis tuua mängu vesinikubussid ja koostöös erasektoriga rajada ka vastav tankimistaristu. Laias laastus hinnatakse akudelt käitatavate elektribusside sobivus linnakeskkonda heaks, kuigi künklikel aladel ja erakordselt palavas või külmas kliimas võib busside sõiduulatus kahaneda. Siin on selge eelis vesinikubussidel, millel on need puudused palju väiksemad. Austraalias korraldatud uuringu kohaselt8 on elektribussidel majanduslik eelis seni, kuni vesiniku hind pole langenud kuni 1,26 EUR/kg. Heitmekoguste seisukohast oleks parim akutehnoloogial põhinevate busside ja vesinikubusside kooskasutamine, kui elektrihinnaks arvestada 0,214 EUR/kWh.

Eratransport vajab samuti dekarboniseerimist. Selleks on vähemalt üks hea põhjus – lokaalne õhusaaste, mis põhjustab ainuüksi Euroopa Liidu 27 liikmesriigis umbes 350 000 surma aastas. Ülemailmselt ulatub surmade arv miljonitesse. Õhusaaste mõju sai küllaltki hästi selgeks COVID-19 leviku ajal, kui satelliidipiltidelt oli selgelt näha õhusaaste ulatuse vähenemine.9 Paljude linnade elanikud said lõpuks näha selget taevast. Milline tehnoloogia võiks siin osutuda eelistatuks? Seni kuni elektrilaadimistaristu jõuab sammu pidada, on esimeseks valikuks akudel töötavad elektriautod, sest tehnoloogia on küpsem kui vesinikuautodel ja hinnad paljudel juhtudel soodsamad. Globaalselt, nagu ka Eestis, on vesinikutaristu puudumine üks suuremaid takistusi vesinikuautode kasutuselevõtuks. Riigid ja riikide ülesed organisatsioonid on murest teadlikud ja plaanivad taristu arendusse investeeringuid suunata, nt Euroopa Liit plaanib aastaks 2050 investeerida 180–470 miljardit eurot, s.o 6–16 miljardit eurot aastas.10 Ka on elektriautod praegu veel 20–30% odavamad kui vesinikuautod, seega eratranspordi valikusse jääb praegu vaid elektriauto. Siingi on taristuprobleem, olemasolevatest ülekandevõimsustest ei piisa, kui eeldada eratranspordi märkimisväärsel määral elektrifitseerimist. Nagu näha, on transpordi dekarboniseerimine suur globaalne katsumus, millele ühest lahendust pole. Tuleb suurendada elektritootmist tuulest ja päikesest ning paigaldada uus või täiendada olemasolevat taristut nii elektrivõrkude kui ka vesiniku osas.

Elektri tootmine

Praeguste plaanide kohaselt peaks Eestis aastaks 2030 olema paigaldatud piisavalt tuulegeneraatoreid (võimsusega umbes 2,5 GW) tagamaks kogu riigi elektriga varustatus praegusel tasemel (umbes 8,5 TWh aastas), elektrit peaks sel puhul isegi ekspordiks üle jääma. Kuna tuuleenergia, aga ka päikeseenergia on katkendlik, siis tuleks mõelda vähemalt kolmele tähtsale aspektile – kuidas elektrienergiat salvestada selleks puhuks, kui tuult ei puhu või päikest ei paista; kuidas tagada elektrivõrgu stabiilsus, sest tootmine ja tarbimine peavad olema tasakaalus ja kuidas toodetud elekter tarbijani suunata. Esimese murekoha lahenduseks on pakutud erinevaid võimalusi alates vee pumpamisest teatud kõrguseni ja siis allavoolu läbi turbiini juhtimist, kui peaks elektrit vaja minema (mehaaniline salvestus e pumphüdroelektrijaam) ja akudest (näiteks sulasoolaakud) kuni vesiniku tootmiseni läbi vee elektrolüüsi. Teise murekoha lahenduseks vajatakse reguleeritavaid tootmisvõimsusi (nt maagaasil või vesinikul töötavad elektrijaamad), mis tagaksid kvaliteetse elektrivõrgu ja kolmandaks on vaja ehitada uusi ülekandeliine, sest plaanitavad tuulikupargid ei asu traditsioonilisel elektritootmise alal, s.t Ida-Virumaal.

Eestis on plaanis pumphüdroelektrijaamu ehitada kaks, esimene Paldiskisse 500 MW võimsusega ja teine Alutagusele 50 MW võimsusega. Võrreldes Eesti elektritarbimise tippkoormusega (ca 1600 MW) on seda võrdlemisi vähe, eriti kui arvestada vajadusega energiat salvestada rohkemaks kui mõneks päevaks. Suuremastaabilist akupankade rajamist pole teadaolevalt Eestisse planeeritud, kuid tehnoloogiate küpsedes võib seda kaaluda. Tõsi, kõige mastaapsemaks energiasalvestiks peetakse vesinikku, mida on võimalik kasutada energiakandjana ja ka keemiatööstuse toormena – kaks kärbest ühe hoobiga. Vesinikku saab kasutada ka võrgukvaliteedi tõstmiseks, nimelt on juba elektrigeneraatoritele välja töötatud turbiine, mis võimaldavad kasutada kütusena vesinikku. See lahendaks probleemi, kus mingi osa elektrivõrgust võib kokku kukkuda madalakvaliteedilise elektri n-ö liigtootmise tõttu.

Soojusenergia tootmine

Praegusel ajal toodetakse soojust põhiliselt koostootmisjaamades, elektrijaamades ja katlamajades. Loobudes fossiilsetest kütustest kunagi kauges tulevikus (2050. aastal on maailmas tõenäoliselt ikka veel fossiilsed kütused kasutusel), tuleb ka soojamajandus ümber kujundada. Elektritootmise saab üle viia süsinikuneutraalsele alusele, kasutades tuult ja vesinikku ning vesiniku koostootmisjaamasid. Lisaks saab kasutada biokütuseid (biojäätmeid), millest kõige mõistlikum on biogaas ja sellest saadav biometaan.

Biogaasi potentsiaal Eestis on hinnanguliselt 3,8 TWh aastas arvestatuna metaanile,11 millest jääb üle umbes 253 miljonit Nm3 biogeenset süsihappegaasi, mida saaks väärindada metaaniks, kasutades vesinikku ja ürgseid mikroorganisme arhesid.12 Nii saaks suurendada ainuüksi biogaasi kõrvalsaaduse metaaniks muundamise kaudu biometaani potentsiaali 2,5 TWh13 võrra aastas, mis ühtlasi oleks ka üks vesiniku salvestamise ja süsinikuringes osalemise võimalustest. Väga tõenäoliselt tuleb mõelda ka soojuspumpade ja geotermaalenergia laialdasemale kasutuselevõtule.

Tulevik

Eestis on energiasüsteemi ümberkujundamine süsinikuneutraalseks väga suur väljakutse, sest ümber tuleb teha kõik energiasüsteemi osad – elektri- ja soojatootmine ning transpordisüsteem. Eeldatavad investeeringud ulatuvad tulevastel kümnenditel Euroopa Liidu ulatuses sadadesse miljarditesse eurodesse ja Eestis kümnetesse miljarditesse. Seega lihtsaid ja kiireid lahendusi ei ole.

Allan Niidu on Tallinna tehnikaülikooli Virumaa kolledži abiprofessor.

1 ELi rohepöörde kava, pakett „Eesmärk 55“.

2 32 TWh oleks aastane energiatarve arvestades ka muid kütuseid, kuid statistikast ei nähtu kütuste kasutamine soojuse ja elektri tootmiseks.

3 Eesti riiklik energia- ja kliimakava aastani 2030 (REKK 2030).

4 https://www.neste.com/products/all-products/neste-my-sustainable-aviation-fuel#87d2cdd1

5 https://www.bp.com/en/global/air-bp/news-and-views/views/what-is-sustainable-aviation-fuel-saf-and-why-is-it-important.html

6 Federico Zenith, Raphael Isaac, Andreas Hoffrichter, Magnus Skinlo Thomassen, Steffen Møller-Holst, Techno-economic analysis of freight railway electrification by overhead line, hydrogen and batteries: Case studies in Norway and USA. – Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit 2020, 234(7), 791–802. doi:10.1177/0954409719867495

7 Stargate ja Operail sõlmisid leppe vesinikuveduri ehitamiseks. – operail.com 7. X 2021.

8 David A. Hensher, Edward Wei, Camila Balbontin, Comparative assessment of zero emission electric and hydrogen buses in Australia. – Transportation Research Part D: Transport and Environment 2022, Volume 102, 103130. https://doi.org/10.1016/j.trd.2021.103130.

9 European Space Agency, Dramatic Satellite Images Show Air Pollution Remains Low as Europeans Stay at Home. – SciTechDaily 16. IV 2020.

10 Questions and answers: A Hydrogen Strategy for a climate neutral Europe. European Commission 8. VII 2020.

11 Energiamajanduse arengukava aastani 2030 (ENMAK 2030).

12 https://www.electrochaea.com/technology

13 Siin pole arvestatud vesiniku tootmiseks kulunud energiaga.

Share this...
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter

Kui sulle meeldis see postitus jaga seda oma sõpradega

[LoginRadius_Share]
 

Leia veel huvitavat lugemist

Värske Rõhk
Hea laps
LR
Keel ja kirjandus
Akadeemia
Kunstel
Muusika
Õpetajate leht
Täheke
TeaterMuusikaKino
Vikerkaar
Looming
Müürileht