Eesti kõrgtehnoloogia tõuseb maailmakaardile: tahkeoksiidsed kütuseelemendid muudavad energiatootmist

Eesti energiatehnoloogia maastikul on tõusnud esile tahkeoksiidsed kütuseelemendid – kõrgtemperatuuril töötavad seadmed, mis suudavad muuta vesiniku või maagaasi keemilise energia otse elektriks. Tartu Ülikooli taskuhäälingus „Tuleviku energeetika – energeetika tulevik“ rääkis Elcogenis töötav teadlane Freddy Kukk saatejuhtide Meelis Härmase ja Karl Ander Kasukiga sellest, kuidas see tehnoloogia töötab, kus seda kasutatakse ja millised on selle tuleviku väljavaated.

• Kuidas tahkeoksiidsed kütuseelemendid (TOKEd) töötavad. TOKEd kasutavad keraamilist membraani, mis juhib kõrgel temperatuuril hapnikuioone. „Membraan on kõrgetel temperatuuridel oksiidijuh. Ühel elektroodil muutub hapnik iooniks, mis läheb läbi membraani, reageerib seal vesinikuga ja me tekitame elektrienergiat,“ selgitas Kukk. Erinevalt sisepõlemismootoritest ei toimu põletamist ega turbiinide pöörlemist – keemiline energia muutub otse elektriks. See annab kuni 70% efektiivsuse, mis on märkimisväärselt kõrgem kui tavalistel sisepõlemismootoritel või gaasiturbiinidel.

• Kus tehnoloogiat kasutatakse. TOKEd sobivad kohtadesse, kus on vaja stabiilset ja katkestusteta elektrit. Kukk tõi näitena välja andmekeskused. „Google kasutab paljudes enda andmekeskustes kindlasti kasutab TOKEsid,“ rääkis Elcogeni teadlane. Samuti sobivad need off grid lahendustesse, sadamatesse ja tulevikus potentsiaalselt ka laevandusse. Kuna süsteemid vajavad käivitumiseks mitu tundi ja töötavad 650–800 °C juures, ei sobi need kiiresti reageerivateks rakendusteks, kuid on ideaalsed pideva koormusega tarbijatele.

• Elektrolüüsorite efektiivsus ja vesiniku tootmine. Elcogen toodab ka kõrgtemperatuurseid elektrolüüsoreid, mis suudavad toota ühe kilogrammi vesinikku vaid 33 kWh energiaga. Kukk selgitas, et kõrgel temperatuuril on entroopiast saadud kasu suurem, mistõttu saame vähendada elektrienergiat, mis kulub vesiniku tootmisele. See teeb SOEC id oluliseks tehnoloogiaks rohelise vesiniku tootmisel, eriti tööstussektorites, kus vesinikku on vaja suures koguses.

• Eluiga ja töökindlus. Kütuseelementide ja elektrolüüsorite eluiga sõltub töörežiimist ja kvaliteedist. Elektrolüüserid kestavad tavaliselt 3–5 aastat, kütuseelemendid kauem. Degradatsioon võib olla lineaarne või järsk. Suurimad väljakutsed on seotud hermeetilisuse ja materjalide käitumisega 800 °C juures, kus tavalised tihendid põlevad ära ja keraamilised komponendid võivad hakata reageerima.

• Tootmise skaleerimine ja Elcogeni uus tehas. Elcogen on avanud uue tehase, mis tõstab nende aastase tootmismahu kuni 360 MW ulatuses kütuseelementideni. Kukk rõhutas, et skaleerimine on keeruline. „Skaleerimine on palju keerulisem protsess, kui võiks arvata… uued masinad vajavad sisseseadmist,“ tõdes Freddy Kukk. Kvaliteedikontroll on kriitiline, sest iga mikropragu võib põhjustada gaasilekke või virna rikke. Ettevõte plaanib tootmist veelgi laiendada, sest nõudlus kasvab.

• Materjalid ja ressursid. TOKEd kasutavad niklit, haruldasi muldmetalle ja keraamilisi materjale. Kukk märkis, et kuigi materjalid pole üliharuldased, on nende kvaliteet ja mikrostruktuur kriitilise tähtsusega. See muudab tehnoloogia arendamise ajamahukaks ja nõuab kõrgetasemelist insenerioskust.

• Tuleviku väljavaated. Tahkeoksiidsed kütuseelemendid ja elektrolüüserid võivad mängida olulist rolli tööstuse dekarboniseerimisel. Näiteks terase ja ammoniaagi tootmises, mis on suured CO₂ allikad. Kukk tõi välja, et heitmevaba vesiniku kasutamine nendes sektorites võib oluliselt vähendada nende sektorite saastavust. Samas on valdkonna areng piiratud inseneride nappuse ja keeruka tootmisega.

Kuula saadet

„Tuleviku energeetika – energeetika tulevik“ on taskuhääling, mida veavad Karl-Ander Kasuk, Ove Oll ja Meelis Härmas. Uus taskuhäälingu osa ilmub iga kuu.