Metaani kräkkimine

Plasma keemiline tehnoloogia

Kliimasõbralik vesinikutootmine maagaasist

Vesiniku Tehnoloogiad tegeleb plasma-keemilise vesiniku tootmise tehnoloogia arendamisega. Tõuke vesinikuga tegelemiseks saime eelnevast töökogemusest põlevkivikeemia tööstuses. Põlevkivikeemiatoodete rafineerimise teema on olnud Eesti suurimate põlevkivitöötlejate fookuses juba aastaid. EL-i kliimapoliitika suundumusi arvestades ja oluliste piirangute seadmine CO2 heitmetele kasvatab selle valdkonna aktuaalsust lähitulevikus veel märkimisväärselt.

Meie eesmärk on tehnoloogia juurutamisel jõuda vesiniku hinnani alla 1 €/kg, mis on oluliselt madalam võrreldes mistahes muude vesiniku tootmise tehnoloogiatega.

Arendamisel on projekt, mille tulemusena soovime rajada EL-i (eeldatavasti Eestisse) pilootseadme vesiniku tootmiseks metaanist, kasutades plasma-keemilist metaani lagundamist. Teeme koostööd juhtivate vene instituutide ja ettevõtetega, kelle arendusvaldkondadeks on plasma-tehnoloogiate arendamine, sh. erinevate süsivesinike (sh. metaan) lagundamise tehnoloogiad.

Plasma-keemilise tehnoloogia üldparameetrite võrdlus muude tehnoloogiatega

Tehnoloogia peamiseks eeliseks on justnimelt vesiniku tootmisprotsessi „puhtus“, kuna tootmise käigus puuduvad mistahes heitmed, sh. CO2. Tootmise lisaproduktina saadav tehniline süsinik (carbon black) on samuti „puhas“ ehk heitmetevaba. Tehnilist süsinikku toodetakse maailmas hetkel ca 20 mln tonni aastas ja seda samuti „mustalt“, ehk erinevaid süsivesinikke (gaas, nafta, kivisüsi jne.) põletades. Meie tehnoloogia käigus väljub süsinik protsessist mitte CO2 kujul (seda pole vaja püüda!), vaid kaubana, mille turustamine alandab märkimisväärselt vesiniku enda tootmise omahinda. Seega plasma-keemilise meetodi puhul püüame 2 kärbest ühe hoobiga!

Vesinikku puhtal kujul Maal praktiliselt ei leidu ja see tuleb erinevatest keemilistest ühenditest eraldada. ELis ja kogu maailmas edendatav vesinikuenergia kontseptsioon eeldab vesiniku tööstuslikku tootmist, mis aga tähendab, et kogu kontseptsiooni alus on vesiniku masstootmine ja madalad tootmiskulud. Maailmas tarbitakse hetkel vesinikku ca 75 miljonit tonni aastas. Üle 3/4 vesinikust toodetakse maagaasist, milleks kulub üle 205 mlrd m3 maagaasi. Vesinikku tootmisel maagaasist eraldub ca 830 mln tonni CO2. Maagaasi põhikomponent on metaan, sisaldus 77–99%. Juba metaani keemilisest valemist on selge, et metaan on vesinikuga “ülerikastatud” ja järelikult peaks vesiniku tootmine justnimelt metaanist olema kõige madalamate tootmiskuludega.

Vesiniku tootmise tehnoloogiad

Vesiniku hind sõltuvalt tootmistehnoloogiast.

Kõige levinumaks vesiniku tootmise meetodiks (ca 95% maailmas hetkel toodetavast vesinikust) on SMR (Steam Methane Reforming) tehnoloogia, eesti keeles siis veeauru ja metaani koostöötlemine. Alternatiivseks tehnoloogiaks vesiniku tootmisel on söe gaasistamine, millele omakorda järgneb süngaasi ja veeauru koostöötlemine. See on hästi väljaarendatud tehnoloogia ja odavaim viis vesiniku tootmiseks, hinnaga 1,5 – 3 €/kg. SMR meetodi peamiseks puuduseks on suures koguses CO2 eraldumine – ca 10 kg CO2-te 1 kg vesiniku kohta! SMR-tehnoloogia edasiseks kasutamiseks on tarvis leida sobivad lahendused CO2 püüdmiseks ja ladustamiseks (CCS) või kasutamiseks (CCU), mis hetkel veel tööstuslikus mahus puuduvad.

Alternatiivseks ja ainsaks nö. „roheliseks“ vesiniku tootmise tehnoloogiaks võib pidada Elektrolüüsi, aga ka seda vaid juhul, kui kogu tootmisahel on nö. „roheline“ ehk CO2-vaba. See saab toimuda vaid tingimusel, kui kogu kasutatav elekter on toodetud taastuvenergiaallikaid kasutades. Elektrolüüsi suurimaks puudujäägiks muude vesiniku tootmise tehnoloogiatega võrreldes on aga justnimelt selle suur elektrienergiatarve, mis on vähemalt 3-5 korda suurem! Elektrolüüsi teel saadava vesiniku omahinnaks on keskmiselt 5-9 €/kg.

Arvestades asjaoluga, et suurem osa hetkel toodetavast elektrienergiast on veel väga „must“ (ja on seda veel pikka aega), siis on elektrolüüs läbi oma kõrge elektritarbe hetkel kõige kallimaks ja kõige suurema CO2 jalajäljega vesiniku tootmise tehnoloogiaks. Hinnangulised vesiniku omahinna komponendid on esitatud lisatud tabelis (arvestades hetkel Eestis kehtivaid sisendite hindasid ja osakaalu). Tabelis on CO2 heitmed summeeritud, nii otsesed (läbi toorme põletamise – SMR) kui kaudsed (läbi elektrienergia – SMR, Plasma, Elektrolüüs).

Kas roheline või puhas vesinik

Mõisteid “roheline” ja “puhas“ vesinik kasutatakse sageli omavahel asendatult ja avalikkus mõistab neid sünonüümidena, kuid see pole päris korrektne. Rohelise vesinikuga on asi selge. Samas see, kas vesinik on puhas või mitte, ei tohiks sõltuda CH4 ja H2O molekulide olemasolust vesiniku tootmisprotsessi sisendina, vaid ainult CO2 heitmete olemasolust või puudumisest selle protsessi väljundina.

SMR-meetodil metaanist ilma süsinikdioksiidi sidumiseta (CCS, CCU) toodetud vesinik pole „puhas”. Metaanist pürolüüsi, plasma-kemikaaliste ja/või muude CO2-heitmeteta meetoditega toodetud vesinik on aga tõepoolest „puhas”. Tootmine ei nõua CO2 püüdmisega seotud lisakulusid, mis vastab täielikult ELi dekarboniseerimise ja süsiniku neutraalsuse nõuetele.