Õhku – õhku, papa – õhk ei maksa midagi.*

Jamie Hyneman, meilgi hästi tuntud Müüdimurdjate seriaalist, avas 2017. aasta augustis pidulikult ühe Lappeenranta tehnikaülikooli ja Karlsruhe tehnoloogiainstituudi ühisprojekti väikese katsetehase.

Külalised panid kaitseprillid ette (Jamie ei pannud) ja nagu Müüdimurdjatele kohane, loeti 1-2-3 ning vajutati nuppu. Kõlasid paugud ja parkla tagumises servas tõusid taeva poole suured tulekerad. Avamine toimus Soomes, seepärast ütles Jamie viiskalt, kiitos. Pisitehas, mis oli selleks ajaks juba $200$ liitrit toodangut andnud, kuulutati avatuks ja külalised sumisesid mõnda aega rõõmsalt seadmete vahel, et tehnoloogiaga tutvuda.


Jamie Hyneman	Soletair katsetehase avatseremoonia.

Prooviseadme toodanguks on vedelkütus: bensiin ja diisel. Lisaks sellele võib eraldada vahakat ainet, millest saab valmistada näiteks küünlaid, mida oligi tehtud. Aukülalist rahustati, et küünla süütamine ei tekita loodetavasti sellist pauku ja tulekera nagu nupule vajutmise just oli teinud. Efektsed tulekerad tekkisid tavalise tanklakütuse ja avatava katsetehase toodangu kõrvuti süütamisest. Kaugelt vaadates ei olnud küll mingit vahet, milline kütus seal põleb. Kogu sündmus ei oleks ehk kõneväärt, kui tooraine poleks ebatavaline.

SOLETAIR (ladina ja inglise keeles – päike ja õhk) tehnoloogia võimaldab koguda otse õhust süsihappegaasi ja muuta selle päikeseelektri abil vedelkütuseks (https://soletair.fi). Tehnoloogia keemiline alus on juba 1920-ndatest tuntud Fischeri-Tropschi meetod:

(2 n + 1) H_{2} + n C O \to C_{n} H_{2 n + 2} + n H_{2} O

Mõnda aega, sh näiteks teise maailmasõja ajal kasutati seda meetodit söerikastes, aga naftavaestes riikides vedelkütuse tootmiseks. Reaktsioonivõrrandist on näha, et lähteaineks on vingugaas, mitte süsihappegaas. Kui lähtuda söest, on süsinikmonooksiidi suhteliselt lihtne toota. Õhu süsinikdioksiidist lähtudes on protsess veidi keerukam ja mitmeastmeline. Lähteaineks on ka vesinik, mida samuti ei ole loodusest leida, sedagi tuleb toota.

SOLETAIR koosneb eraldi konteineritesse ehitatud moodulitest ja päikeseelektrijaamast.

Kõigepealt tuleb märkida, et kogu protsess kulutab energiat. Üheks eesmärgiks võiks võtta õhust süsihappegaasi eraldamisega atmosfäärile „teenet osutada“, seepärast ei tohiks seadmete energiatarvet katta teises kohas näiteks kivisöe põletamisega elektrienergiat tootes. Nimetatud katseseade kasutab ainult päikesepaneelide elektrit. Kokku on paigladatud $1500 m^{2}$ mitut tüüpi ja eri asetusega paneele koguvõimsusega $206, 5 k W$ .
Vesinik toodetakse Taani ettevõttes EWII toodetud prootonvahetusmembraaniga elektrolüüseris (PEM – proton exchange membrane). Vesi puhastatakse ja deioniseeritakse, mis säästab seadet ja tõstab selle eluiga. Elektrolüüseri võimsus on $5 k W$ , seal eraldub vesinik rõhul $5 M P a$ ( $50 a t m$ ) ja hapnik rõhul $200 k P a$ ( $2 a t m$ ). Seade hoitakse temperatuuril $70^{\circ} C$ . Vesinik kuivatatakse külmutamisega $- 70^{\circ} C$ ja hoitakse mahutites, kust seda saab kasutada kütuselemendis elektri tootmiseks või saata reaktorisse kütuste tootmiseks.
$C O_{2}$ püütakse kinni otse atmosfäärist (DAC – direct air capture). DAC on vana tehnika, seda on kasutatud juba aastakümneid allveelaevades, kosmosejaamades, varjendites jm, kus on vaja lahti saada väljahingatava õhu süsihappegaasist. Neis seadmetes eraldatud gaasi otseselt vaja ei ole, pigem on tarvis sellest vabaneda ja kuidagi hapnik tagasi ruumi saada. Kütuse tootmisel on vastupidi, väärtuslik on just eraldatud $C O_{2}$ .
Tavalist õhku puhutakse süsihappegaasi eraldamiseks reaktoris läbi teralise kemosorbendi. Õhu põhigaasid, lämmastik ja hapnik lähevad läbi, aga $C O_{2}$ reageerib terakestes amiinidega ja ka veeaur adsorbeerub. Järgmisena pumbatakse õhk reaktorist välja ja $80^{\circ} C$ kuumutamisega saadakse vesi ning süsihappegaas uuesti kätte. Paari tunni jooksul pidevalt kuumutades, gaasi välja pumbates ja seda vee eemaldamiseks jahutades saadakse vajalik süsihappegaas mahutitesse ja sorbent uuesti töövalmis.
Kütuste sünteesiks on välja töötatud ilusa nimega seade – MOBSU (mobile synthesis unit). MOBSU võib ehitada veidi erinevates versioonides. Näiteks nikkelkatalüsaatoriga seadmes toimub umbes $300^{\circ} C$ juures veidi kõrgendatud rõhul hoopis Sabatier reaktsioon ja saab toota metaani, mis maagaasist millegi poolest ei erine.
Kütuste jt toodete süntees, milleks MOBSU on välja mõeldud, toimub kahes etapis. Kõigepealt saadakse väärismetallist katalüsaatoriga $800^{\circ} C$ juures gaasisegu ( $C O$ , $C O_{2}$ , $H_{2}$ , $H_{2} O$ ), mis siis teeb koobaltkatalüsaatoril läbi Fischeri-Tropschi reaktsiooni. Tulemuseks on gaasiliste ja vedelate süsivesinike segu, millest saab suhteliselt lihtsalt erinevad komponedid eraldada ja toota täiesti tavalisi mootorikütuseid. Tahketel saadustel ei ole eriti häid kasutusalasid, seepärast soovitatakse need krakkida ja ikkagi fraktsioneerimisse suunata. MOBSU-st väjuvad ained sobivad kindlasti tooraineks keemiatööstusele, näiteks plastide tootmiseks.

Kas sellel kõigel on üldse mõtet?**

Enne kui midagi arvata, peaks küsima, mis see maksab? Avalikest allikatest ei ole esialgu kuigi lihtne selliste tehaste tasuvuse kohta arvutust leida. Võib-olla saaks õhu süsinikdioksiidist kütus populaarseks, kui kivisöe ja nafta kasutamisel oleks tõeliselt suur maks peal. Sinnapoole see ju liigub.
SOLETAIR ei ole muidugi ainus tehnoloogia, millega võib õhu süsihappegaasist kütust toota. Kõiki nimetatud tehnoloogiaid võib guugeldada ja lugeda kümneid katsetusi, arendusi, artikleid, patente jms. Õhust vedelkütuse tootmise suurtööstusega läheb siiski veel aega. Tehnoloogia ise peab veel arenema, aga ka osa olulistest poliitilistest otsustest ja kokkulepetest on veel oma aega ootamas.
Sünteetilise kütuse tootmise etappe võib vaadata ka eraldi. Päris tanklakauba saamine, kui süsivesinike segu on juba toodetud või kaevandatud, on tänapäeva naftatööstuses väga hästi läbitöötatud. Sellest pole ehk mõtet rääkidagi, aga muud põhireaktori eel ja kõrval töötavad tehnoloogiad on ka ise arendamist väärt. Päikesepaneelide jm taastuvate allikate elekter, PEM jt vesinikutehnoloogiad, DAC ja süsiniku sidumine pikaks ajaks. Lisaks veel nutikas juhtimine. Väike robot-tehas võib osutuda ühel hetkel kasumlikuks, kui tehisintellekt suudaks ehk panna tehase tootma lisavesinikku, kui taastuvallikatest on parasjagu palju võtta. Juhtub aga olema halb aeg (tuulevaikne ja hämar päev) saab vesinikku kasutada oma kütuselementides.
DAC, süsinikupüüdmine on paljuräägitud ja kaua arendatud tehnoloogiaga, millest on loodetud abi atmosfääri süsihappegaasi kontsentratsiooni vähendamisel. Õhust $C O_{2}$ eraldamine on tegelikut alles algus. Tegelik eesmärk võiks olla süsiniku paikapanek võimalikult pikaks ajaks. Kui õnnestuks DAC seadmega saadav süsihappegaas muuta näiteks karbonaatseteks kivimiteks, oleks süsinik meie ajamõõtkavas praktiliselt igaveseks immobiliseeritud. Seda on proovitud ja see on tõesti võimalik, aga kogu atmosfääri seisundi parandamiseks tänapäevase rehkenduse järgi ikkagi liiga töömahukas ja kallis.
SOLETAIR ja teised sarnased tehnoloogiad seovad õhust püütud süsihappegaasi kütustesse. Tõsi küll, kütused põletatakse arvatavasti kunagi jälle ära ja $C O_{2}$ pääseb tagasi atmosfääri. Hea on see, et vähemalt ei lisata ringesse praegu veel fossiilselt seotud süsinikku. Niisiis, see ei ole tehnika $C O_{2}$ eemaldamiseks atmosfäärist. Pigem saab selliste meetoditega natuke vähendada fossilsete kütuste kaevandamist.
Elektrit on keeruline suures koguses salvestada. Kui SOLETAIR või mõni sarnane tehas kasvaks piisavalt suureks, võiks seda pidada taastuvenergia salvestamise viisiks. Arvatavasti me siiski mõnda aega veel põletame kütust nii soojusmasinates kui ka küttekolletes. See kütus võiks olla näiteks vesinik. Kui kütused on siiski süsinikuga, olgu siis parem õhust kui maast.

* Eduard Vilde „Pisuhänd“ 1913

** Järgnevates punktides on kasutatud HTG 12. klasside „Energia“ kursuse rühmaarutelus sõelale jäänud mõtteid.