Allikas: novaator.ee, Jaan-Juhan Oidermaa
08.04.2022
Kuigi põhust ja muudest jäätmetest biokütuse tootmine on viimasel kümnendil populaarsust kogunud, jätab selle keskkonnasõbralikkus kohati soovida ja pole ka kõige odavam. Eesti Maaülikoolis kaitstud doktoritöö viitab, et tootmise tõhusust saaks parandada kemikaalivaba eeltöötlusega, kuid vaid bioetanoolile keskendumine on lühinägelik.
Euroopa Liidus kasutatavatest ja toodetavatest biokütustest moodustavad enam kui 70 protsenti esimese põlvkonna biokütused. “Üldjuhul kasutatakse nende tootmiseks toormena toiduaineid, mis sisaldavad rohkelt suhkrut või tärklist,” nentis Vahur Rooni, Eesti Maaülikooli nooremteadur ja väitekirja autor. See tähendab paratamatult, et osa inimestele kõlbavast toidust läheb hoopis autode ja masinate liigutamiseks. Tulemus on kõrgemad toiduhinnad. Üleilmastunud maailmas võib kaasneda sellega toidu üldise kättesaadavuse vähenemine.
Inimestele seedimatu matrejal
Toiduainete eelistamise põhjus on sirgjooneline. Suhkrust on kääritamise teel etanooli lihtne kätte saada. Tärklise kasutamine nõuab lisasammuna selle keetmist.
Arendustöö käib aga ka teist sorti toorme kasutamise kallal. Kui vetikatest energia ammutamine on veel kaugem tulevikumuusika, siis põhule ja muule lignotselluloosi sisaldavale biomassile toetuvaid tehaseid on rajatud juba mitmeid. “Maailma mastaabis on viimase 10–15 aasta vaates on tehtud ära päris palju. Mõned demotehased suudavad toota aastas 50 000–60 000 või isegi 100 000 liitrit bioetanooli,” märkis Rooni. Inimestele seedimatut materjali eelistades tuleb aga leida esmalt võimalus rakuseinte lõhkumiseks.
Tüüpiliselt nõuab see palju energiat, mis vähendab naftapõhise kütuse tootmise ees kogu ettevõtmise konkurentsivõimet. Appi saab võtta ka tugevaid aluseid või happeid, kuid selle käigus tekkivat jääkvedelikku tuleb põhjalikult puhastada. Niisama seda loodusesse lasta ei saa. Nõnda on otsinud teadlased, teiste seas Vahur Rooni, eeltöötlusmeetodeid, millega saaks tselluloosist suhkruid eraldada täiendavaid kemikaale kasutamata.
Rakustruktuuride lõhkumine
Täpsemalt keskendus värske doktor oma töös biomassi külmutamisele ja plahvatuslikule rõhulangetusele. “Meil oli tegelikult alguses väike lootus, et kuni külmi talvi jagub, piisab põhu põllule jätmisest ja selle hiljem kokku korjamisest. Mingil määral see toimibki, kuid selle tõhusus pole kuigi suur,” sõnas Rooni. Eesti talved on selleks liiga heitlikud ehk pikki krõbedate külma- ja sulaperioodide vaheldumist tuleb ette harva. Katsete ajal langes temperatuur vaid -8 °C. Liiatigi jäi põhku sellisel juhul mikroobe, kes hakkasid tingimuste paranedes eraldunud suhkrutest ise energiat ammutama.
Materjali laboris külmutades olid tulemused paremad. Võrreldes töötlemata põhu kasutamisega lagunes külmutamise järel bioetanooli toomiseks sobilikuks toormeks ligi 20 protsendi võrra rohkem tselluloosi. Märksa paremaid tulemusi andis aga nn plahvatuslik rõhulangetus. Selle käigus hoitakse materjali esmalt gaasis, mis tungib kergesti rakkudesse. Seejärel keskkonna rõhku kiiresti langetades paisub gaas sedavõrd kiiresti, et rakustruktuur rebitakse laiali. Ensüümid pääsevad seejärel hõlpsamini ka tselluloosi lagundama.
"Suutsime muuta massis leiduvast tselluloosist glükoosiks praktiliselt poole ja seda seejärel ka edukalt kääritada"
Kõige paremaid tulemusi said Maaülikooli teadlased lämmastikuga – tõhusus küündis 46 protsendini. “Suutsime muuta massis leiduvast tselluloosist glükoosiks praktiliselt poole ja seda seejärel ka edukalt kääritada,” kinnitas Rooni.
Teise gaasina uuris nooremteadur kolleegidega suitsugaasis peituvat potentsiaali. Edu korral saaks kasutada sellisel juhul ära kasutada mõnes teises tehases tekkivaid põlemisjääke, mis läheks muidu lihtsalt korstnasse. Nooremteadur nentis, et doktoritöösse kirja läinud katsete põhjal muutus saadud segu sedavõrd happeliseks, et hakkas pärssima kääritamiseks kasutatud pärmi elutegevust.
“Seetõttu polnud just kääritamise poole pealt saadud tulemused sedavõrd head, kui glükoosikoguse pealt oleks võinud ennustada,” lisas Rooni. Nooremteaduri sõnul on aga happelisuse vähendamiseks mõned lihtsad lahendused olemas, kuid tuleb veel kontrollida, kui hästi need päris maailmas töötavad. Näiteks saaks kasutada nõrku aluseid, nagu karbonaate.
Laiem vaade
Lämmastiklõhkamisega saadud headele tulemustele vaatamata rõhutas Vahur Noori, et põhust ja muust biomassist pelgalt bioetanooli toota pole mõtet. “Ainult sellele keskendumine on võib-olla liiga entusiastlik ja lühinägelik. Lisaks sellele peaks uurima, kuidas saaks võimalikult puhtalt kätte taimedes leiduvat ligniini, et kasutada maksimaalselt ära kogu biomass,” arutles värske doktor. Näiteks saaks taimedel püsti püsida aitavat ainet rakendada keemiatööstuses. Biomassi teistest osadest võib olla kasu farmaatsias.
"Ainult bioetanooli tootmisele keskendumine on võib-olla liiga entusiastlik ja lühinägelik."
Kääritamisest ülejäävat materjali saab suunata Rooni hinnangul edasi biogaasi tootmisesse. Siinkohal ongi oluline, et biomassi töötlemiseks ei kasutatakse kangeid kemikaale, mis bakterikultuurid lihtsalt ära tapaks. “Seega neid kasutusvõimalusi jagub. Kuna kasvõi põhku tekib tohutus koguses, võiks mingi osa sellest kokku koguda, mis annaks ka teraviljakasvatajate tootmisele lisandväärtust juurde. Praegu küntakse see sageli lihtsalt mulda,” lisas nooremteadur.
Tutvu doktoritööga Eesti Maaülikooli digikogus. Tööd juhendas Maaülikooli biomajandustehnoloogiate professor Timo Kikas, oponent oli Sharjahi Ülikooli kaasprofessor Abrar Inayat.
Tomietaja: Karmen Ibus