Doktoritöö tunnistas põlevkivituha biomassituhast ohutumaks

"Põlevkivienergeetikast rääkides keskendutakse enamasti vaid CO2‑heitmetele ja kliimaneutraalsusele. Tunduvalt vähem tähelepanu pööratakse põletamise kõrvalsaadustele, ennekõike tuhale, mida tuleks hakata enam väärtustama," nentis väitekirja autor, Tallinna Tehnikaülikooli nooremteadur Mari-Liis Ummik.

Kokku tekib Eestis igal aastal kuni viis miljonit tonni põlevkivituhka, mis ladestatakse suuresti tuhamägedesse. Biomassituhka tekib umbes sada korda vähem – keskmiselt 40 000–50 000 tonni aastas, kuid see leiab peaaegu täielikult taaskasutust.

Tuhk jaguneb erinevate omadustega lend- ja põhjatuhaks. Raskem põhjatuhk langeb otse küttekolde põhja. Kergem lendtuhk kandub suitsugaasidega katlast välja, kust spetsiaalsed tsüklonid ja filtrid selle kinni püüavad. Näiteks 2023. aastal tekkis Eestis biomassi põletamisel üle 24 000 tonni põhjatuhka ning lendtuha kogus jäi alla 15 000 tonni. Põlevkivituha puhul on mahud kaldu lendtuha poole.

Ehituslikult väärtuslikuma lendtuhaga kaasneb paraku sageli kõrgem keskkonnarisk, sest temperatuuri langedes kontsentreeruvad just peenikestesse osakestesse mitmesugused raskmetallid. Mida peenem on tuhaosake ja mida kaugemalt filtrist seadmed selle koguvad, seda suurema plii, kaadmiumi ja muude siirdemetallide sisaldusega see silma paistab. Lisaks liigub lendtuhaga kaasa suurem hulk potentsiaalselt keskkonda leostuvaid sooli, näiteks kloriide ja sulfaate.

Ummik märkis, et põlevkivituhka liigitati aastaid ohtlikuks jäätmeks selle tugeva aluselisuse tõttu. Ühelt küljest aitab just see omadus põllumajanduses liiga happelisi muldi neutraliseerida, teisalt võib põlevkivituhk tekitada sademetega kokku puutudes tugevalt leeliselist reovett. Paradoksaalselt arvati samal ajal Euroopa Liidu õigusaktides kivisöetuhk tavajäätmete sekka, ehkki see võib sisaldada rohkelt raskmetalle ja teisi mürgiseid elemente.

Aastal 2019 tegid Tallinna Tehnikaülikooli teadlased koostöös Tartu Ülikooliga põhjaliku uuringu, milles hinnati põlevkivituha ohtlikke omadusi ja võrreldi neid kivisöetuhaga. Tööle toetudes arvati aasta hiljem põlevkivituhk tavajäätmete hulka. Biomassituhka polnud aga seni keegi samas raamistikus ja samade meetoditega põlevkivituhaga võrrelnud. Selle Ummik nüüd oma kolleegidega töös ette võttiski. Lisaks kõrvutas ta saadud tulemusi Euroopa Liidu regulatsioonidega.

Põhjalik uuring

Mari-Liis Ummik uuris kolleegidega põlevkivituha proove erinevatest Eesti elektrijaamadest ja õlitööstustest, kus kasutatakse mitmesuguseid põletustehnoloogiaid (nt tsirkuleeriv keevkiht, tolmpõletus, põlevkiviõli tootmise protsessid) ning biomassituha proove katlamajadest. Teadlased tegid kindlaks, kui palju raskmetalle erinevad tuhafraktsioonid sisaldavad ning kuidas need keskkonda leostuvad. Lisaks uurisid nad tuhast nõrguva vee ohtlikkust veeorganismidele.

Uurijad analüüsisid Eestis esmakordselt nii ulatuslikult ka dioksiinide sisaldust. Dioksiinid tekivad põlemisprotsessides tahtmatult, püsivad keskkonnas aastaid ja kuhjuvad toiduahelas. "Euroopa Liidu püsivate orgaaniliste saasteainete määrus käsitleb neid äärmiselt rangelt – dioksiinide sisaldus üle lubatus piirväärtuse tähendab, et jäätmeid ei tohi taaskasutada," selgitas Ummik.

Tulemused näitasid, et põlevkivi- ja biomassituhk on erineva ohtlikkusega. Analüüsist selgus, et puiduhakkest tekkiv lendtuhk ületab paiguti raskmetallide, nagu tsingi, vase ja plii, osas piirnorme. Ühe katlamaja lendtuhas oli näiteks tsinki lubatust kuni 14 korda rohkem, teises ületas normi sama palju dioksiinide hulk. Mürgiste raskmetallide suured kogused osutavad, et mõnes kohas satub kütusevoo sekka ebakvaliteetset töödeldud puitu ja ehitusprahti.

Põlevkivituhas leidus aga enamikku raskmetalle ja metalloide – sealhulgas keskkonnale ohtlikku pliid, arseeni ja kaadmiumi – väga vähe. Erinevus tuleneb kukersiitpõlevkivi looduslikust eripärast: juba kivim ise sisaldab võrreldes kivisöega raskmetalle suhteliselt vähe. Põlevkivituhkade dioksiinisisaldus jäi eranditult alla laborite määramispiiri. Hinnanguliselt oli neid vähemalt neli korda vähem väetistele lubatud 20 nanogrammist kilogrammi kohta.

Teooria ja praktika

Tuha tegeliku keskkonnamõju hindamiseks ei piisa vaid keemilisest analüüsist. Seetõttu lasi Mari-Liis Ummik teha katseid ka elusorganismidega. Selleks asetati spetsiaalsetesse tuhalahustesse tundlikud indikaatororganismid: vesikirbud ja helendivad bakterid Aliivibrio fischeri. Elusorganismidega tehtud katsed näitasid vahetult, kuidas veekeskkonda leostuvad toksiinid veestiku mikroelustikku mõjutavad.

Bioloogilised testid andsid tuha ohtlikkuse kohta mõnevõrra teistsuguseid tulemusi, kui pakuvad Euroopa Liidu praegused ametlikud arvutusmudelid. Kehtivad reeglid hindavad materjali mürgisust peamiselt keemilise kogukoostise põhjal. Teisisõnu liidab arvutusmudel kokku kõik tuhas peituvad ohtlikud ühendid, arvestamata seda, kuidas ained tegelikult lahustuvad ja looduses liiguvad. Erinevus metoodikate vahel joonistus välja just põlevkivituha näitel.

Helenduvate bakteritega tehtud testid kinnitasid sarnaselt arvutusliku mudeliga materjali ohutust. Kuna mereorganismidest bakterid taluvad kõrge soolsusega vett hästi, oli tuhalahus neile ohutu. Seevastu magevees elavate vesikirpudega (Daphnia magna) tehtud katsed päädisid organismide massilise hukuga.

Uurijate edasine analüüs näitas aga, et suremust ei põhjustanud raskmetallid. Mageveeorganismidele sai ilmselt saatuslikuks hoopis vee liiga kõrge pH-tase ja soolsus. Kuna vesikirbud reageerivad otseselt vee leelisusele ja soolsusele, ei sobi nad Ummiku ja ta kolleegide hinnangul taoliste keskkondade hindamiseks.

"Keskkonnaohtlikkuse hindamisel on põhjendatud jätkata keemilisel koostisel põhineva arvutusmeetodi kasutamist. Juhul, kui hinnang tuleb anda testorganismide abil, peab valik langema konkreetsetele keskkonnatingimustele sobivale organismile, näiteks magevee‑ või mereveeorganismile," leidis Ummik

Laiem mõju

Mari-Liis Ummiku hinnangul peaksid katlamajad ja koostootmisjaamad loodusesse sattuva mürgikoormuse vähendamiseks hakkama kütust hoolikamalt sorteerima. Puhta puidu seast tuleb eemaldada kogu töödeldud või värvitud puit, et ennetada mürkainete koondumist lendtuhka. Nii saaks toota sellestki näiteks põldudele sobivaid lupjamis- ja väetisematerjale.

Teise olulise sammuna soovitab ta kolleegidega koguda katlamajades ohutut põhjatuhka ja saastunud lendtuhka eraldi mahutitesse. Praegu segatakse paiguti mõlemad fraktsioonid kokku. Neid lahus hoides oleks võimalik koldes tekkinud puhast tuhka julgemalt Eesti põldudele laotada. Lendtuhka peab aga enne taaskasutust või ladestamist rangemalt kontrollima ja eraldi käitlema.

Põlevkivituha puhul viitavad uued testitulemused, et materjali võiks ehitussektoris senisest laialdasemalt kasutusse võtta, näiteks tsemendi tootes ja teid rajades. "Kõiki neid materjale saab toota esmasest toorainest, kuid alternatiivina on võimalik kasutada ka juba olemasolevaid tööstuslikke kõrvalsaadusi – tuhkasid," rõhutas Ummik. Neid täiendavalt töödeldades saaks parandada ka nende võimet siduda õhust süsihappegaasi.

Doktoritöö järeldused osutavad, et senised jäätmekäitluspraktikad ja vananenud õigusaktid tuleks üle vaadata Ummiku loodab kolleegidega, et seadusuuendused aitavad tulevikus soodustada ohutu põlevkivituha ringlussevõttu ja piiraks samal ajal mürgiste ainete sattumist põllumajandusmuldadesse.

Tutvu doktoritööga Tallinna Tehnikaülikooli digikogus. Ummikut juhendasid Tallinna Tehnikaülikooli täisprofessor tenuuris Alar Konist ja kaasprofessor tenuuris Oliver Järvik, oponeerisid Eric Suuberg Browni Ülikoolist ja Erik Teinemaa Eesti keskkonnauuringute keskusest.

Allikas: https://novaator.err.ee/