Sõna „keemia“, olgu see põlevkivikeemia või puidukeemia, tekitab Eesti inimeses peaaegu kohese vastureaktsiooni. Kas hirmul on suured silmad ja peaksime nägema puidukeemias hoopis võimalust?
AS Graanul Invest on Eesti ja ka üks Euroopa suuremaid puidutöötlejaid, tootes aastas 2,2 miljonit tonni pelleteid. Arenemisplaanid on õhus: firma tahab Imaverre rajada puidukeemiatehast. Graanul Investi juhatuse liige Jaano Haidla jääb siinkohal pigem napisõnaliseks ja kinnitab, et esialgu rajatakse Imaverre demotehas, mis on vaid natuke suurem kui labor.
Suurte projektide puhul, olgu need seotud mõne tehase või mõne muu suurema objekti rajamisega, nagu kasvõi meie otsejooneline kiirtee Euroopasse, jääb mingi nurga alt vajaka kommunikatsioonist, mis osapooled üksteisele lähemale viiks: nii tekib olukord, kus igaüks veab vankrit enda suunda, ilma lootuseta jõuda kompromissideni. Nii pole ka ime, et eelistatakse jääda tahaplaanile, kuniks asjad on selged.
Puidukeemia on põnev
Puidukeemia on põnev ja metsarahvad on puidukeemiaga tegelnud väga kaua. Kasetohust tökati ajamine, männivaigu kogumine, tõrva ja tärpentini tootmine on ka puidukeemia. Eesti põlevkivikeemia isa Paul Kogerman on kirjutanud raamatu ka puidu kuivdestilleerimisest, mis võiks olla esimene eestikeelne puidukeemia alane teadustöö.
Tänapäeval tegeleb puidukeemia puidu ühe koostisosa, ligniiniga. See on tipptehnoloogia, mis vajab tugevat teadustuge ja siinkohal on positiivne näide olemas, kuidas teadus ja ettevõtlus ühise keele on leidnud. Graanul Invest ja Tartu Ülikool sõlmisid augusti keskel raamlepingu, mis näeb ette ühist teadus- ja arendustegevust puidu ja biomassi väärindamise tehnoloogia arendamiseks Eestis. Viieks aastaks sõlmitud lepingu järgi on kavas korraldada ühiseid teadusuuringuid ja töötada välja koolitusprogramme. Eesmärk on rajada Eestisse biomassi väärindav kõrgtehnoloogiline tööstus.
Eesti teadusasutuste biotehnoloogia tuumiklaboreid koondava BT klastri puidukeemia ja biotöötluse tuumiklabor on tänaseks juba alustanud ligniini analüüsi meetodite valideerimist ja ligniini väärindamise võimaluste hindamist. Tartu Ülikool valmistab ette Euroopa Komisjoni programmi „Teaming“ projekti, et luua koostöös Taanis asuva Novo Nordiski fondi loodud bioloogilise jätkusuutlikkuse keskusega Eestisse tööstuslike rakuvabrikute arendamise keskus, mille üks eesmärke on pakkuda puidu väärindamise tehnoloogia arendamiseks maailmatasemel teaduspädevust. Samuti on Tartu Ülikoolis väljatöötamisel tööstuslike bioprotsesside magistriõppeprogramm, mis lähtub biotehnoloogia-tootmisettevõtete huvidest.
Mitmele ruumi jätkub?
Eestis on Kehra paberivabrik, mis toodab klassikalisel meetodil tselluloosi ja Estonian Cell, mille toodang on samuti paberitoore – haavapuidumass. Et äri oleks kasumlik, peab tänapäeval olema puitu kasutav tehas suur, sest väiketootmine ei tasu mitte kuidagi ära.
Ja mõistagi on tänapäevase tootmise juures võtmesõnaks tehnoloogia, selle üle käibki kõige tulisem vaidlus. Mis vahe siis on tselluloositehasel ja puidukeemiatehasel? Üks tehnoloogia toodab tselluloosi, teine tegeleb vaid puidu ühe osise, ligniiniga. Erinevalt tselluloosist võib ligniin aga peatselt asendada keemiatööstuses naftat.
„Tselluloositehastes saadakse tselluloos kätte, aga millekski võiks kasutada ka teisi komponente – ligniini ja hemitselluloosi. Ligniini on puidus kuni 30%. See aine annab puidule tugevuse, aga ka kütteväärtuse,“ selgitas Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia instituudi juhataja Ivar Järving. Tselluloos on paberi tooraine, aga kui see polümeer ensüümide abil glükoosi molekulideni lõhustada, võib sellest toota näiteks autokütuseks kasutatavat etanooli.
Puidukeemiatehase eesmärk on ära kasutada ligniin, millest võib tulevikus toota samalaadseid aineid, nagu praegu tehakse naftast. Puidu struktuuri võib võrrelda raudbetooniga – tselluloos moodustab armatuuri, ligniini võib võrrelda betooniga. Ligniin on aromaatsetest tsüklitest ehk benseenituumadest koosnev polümeer. Liigiti võib puidu ligniinisisaldus varieeruda alla veerandi kuni kolmekümne protsendini puidu kuivmassist.
Naftakeemia on selles mõttes lihtsam, et see vedel maavara koosneb suhteliselt lihtsate molekulidega süsivesinikest, millel on väga kindlad keemilised ja füüsikalised omadused. Tänu keemistemperatuuride erinevusele saab toornaftast kätte erinevad süsivesikud ja neid on hiljem keemiatööstuses lihtne käsitseda, kombineerides neist mitmesuguseid polümeere.
Piltlikult võib keemiatööstust võrrelda maja ehituse või lego kokkupanekuga. Iga ehitis vajab õige suurusega telliseid või paneele ja naftast saadakse need üsna lihtsalt kätte. Ka tselluloosi hiigelsuure molekuli saab ensüümide abil lihtsateks molekulideks muuta. Ligniin on aga väga varieeruva koostisega tahke aine, mida on keeruline lõhustada, vähemalt selliselt, et uute ainete sünteesimiseks vajalikud molekulid kätte saada. „Tselluloos koosneb ühesugustest „tellistest“, ligniinil on kolm ja hemitselluloosil on viis põhilist komponenti,“ selgitas Järving.
Puit tõrjub nafta välja?
Ligniini väärindamisest teab rääkida lignaane uuriv (ligniini selektiivselt lagundavad ensüümid) Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia instituudi vanemteadur Tiit Lukk. „Soomlased on aastaid uurinud ja tootnud nii ligniini kui tselluloosi lagundavaid ensüüme,“ selgitab ta. Ensüümid lagundavad bio-
polümeere, nagu naftakeemia refraktorid eraldavad naftast erinevaid süsivesinikke.
1500 eurot tonn maksab ligniini kõige väiksema molekulmassiga fraktsioon.
Nagu naftakeemiaski, on raskemad molekulid odavamad ja kergemad kallimad. Ligniini rasketest molekulidest koosnev fraktsioon on kütteõli analoog ja maksab umbes 50 eurot tonn, keskmine fraktsioon sobib lisandina vaikude ja liimide tootmiseks ja maksab neli-viissada eurot tonn ning kõige väiksema molekulmassiga fraktsioon, mis on keemiliselt kõige aktiivsem, maksab ligikaudu 1500 eurot tonn. „Kõige kergemast fraktsioonist saab toota uusi materjale ja kemikaale. Sellest tulenebki ligniini väärindamise mõte. Me võtame keerulise koostisega aine, mille loodus on täiesti suvaliselt kokku pannud ja teeme sellest keemiatööstuse „ehituskivid“,“ lisas Lukk. See, mis ligniini kasutamise keemiatööstuses keeruliseks teeb, ongi puidust kujundanud väga vastupidava materjali.
Teadmised ligniini lõhustavatest ensüümidest on alles lapsekingades. Tiit Lukk
Loodus on kokku pannud materjali, mida tal endal, ehk siis seentel, bakteritel ja loomadel, on väga keeruline hävitada. „Puidukeemia idee ongi selles, et võtta keeruline ja heterogeenne materjal, lõhkuda see molekul väiksemateks juppideks ja toota, mida vaja – liime, komposiitmaterjale, vahtusid või täiesti uusi materjale,“ rääkis Lukk. Eesmärk on ka keemiatööstuses loobuda fossiilsetest ressurssidest ja asendada need taastuvate loodusvaradega. „See oleks ideaal, aga selleni jõudmine võtab aega veel aastakümneid, kuna teadmised ligniini lõhustavatest ensüümidest on alles lapsekingades,“ arvab Lukk.
Ja siis saab puit otsa?
Väidet, et Eestis raiutakse metsa liiga palju, kuuleb peaaegu iga päev. Kui puidukeemia hoo sisse saab, võib ju juhtuda, et puit polegi enam taastuv loodusavara, sest metsi raiutakse rohkem kui neid juurde kasvab? „Ligniini ei ole ainult puidus, seda on kõikides taimedes, aga selle sisaldus kõigub. Haavapuitmassis, mida kasutab Estonian Cell, on ligniini väga vähe ja seda tüüpi puitu ei pea seetõttu ka väga palju keemiliselt pleegitama. Kui me võtame kase, siis selles puidus on ligniini palju rohkem. Võib ju tekkida hirm, et minnakse kõvema puidu kallale ja kõik kased raiutakse maha, aga tegelikult saab ligniini igasugusest taimsest biomassist, olgu see hein või õled. Seda muret ei ole, et ligniin otsa saab,“ jätkas Lukk.
Puidukeemia võidukäik?
Kas puidukeemiatooted on loodussõbralikumad kui naftakeemiatooted? Selle küsimuse peale hakkab Tiit Lukk muigama. „Tegelikult on loodus niivõrd mitmekesine, et saab jagu igasugusest sinna sattunud kemikaalist. On selliseid elukaid, kes elavad hüdrotermaalsetes vetes ookeani põhjas sajakraadise temperatuuri juures. Minu töö ongi olnud otsida selliseid organisme, kes elavad kõrgemate temperatuuride juures ekstreemsetes tingimustes, et nende käest saada ensüüme, mis lagundaksid tõrgest ligniini. Ligniin peaks olema sama biolagunev kui puit,“ rääkis Lukk. Ligniini lagundavad looduses peaasjalikult valgemädanik- ja pruunmädanikseened ning mõned mullabakterid. „Majavamm on üks nendest. See sööb ära tselluloosi ja töötleb mingil moel ligniini. Ligniin on see pruun pudi, mis mädanenud puidust järele jääb,“ lisas ta.
Puidukeemia probleem: ei midagi uut, spetsialiste napib
Spetsialiste ei jätku – see on Eestis universaalne takistus ükskõik millise tänapäevase tööstuse rajamiseks.
Keemiat õpetatakse nii Tartu Ülikoolis kui ka Tallinna Tehnikaülikoolis, ka biokeemiat. Tehnikaülikoolis õpetatakse lisaks veel puidutehnoloogiat. Sellel erialal käsitletakse muuhulgas tselluloosi tootmist.
Kui palju üliõpilasi seda eriala õppida saab, sõltub sellest, kui palju riigieelarvest raha antakse. Eelmisel õppeaastal asus õppima keemia, biokeemia, keemiatehnoloogia ja -protsesside ning materjali töötlemise (klaas, plast, paber, puit) õppekavadel kokku 165 õppurit (haridussilm.ee), nendest 133 olid riigieelarvelistel kohtadel.
Tselluloositehase rajamise plaan aga võib tähendada seda, et puidukeemia temaatika saab senisest rohkem tähelepanu ja ka rahastust.
„Keemiat ja teisi loodusteadusi tullakse õppima seepärast, et need on huvitavad, aga kuna neid on raske õppida, eelistavad paljud noored n-ö pehmeid alasid,“ rääkis Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia instituudi juhataja Ivar Järving.
Milline võiks noorte huvi puidukeemia vastu olla, polegi teada, sest seni pole ühiskonnal ka selle eriala lõpetanute vastu huvi. Aga puidukeemia vastu oleks aeg hakata huvi tundma, sest tõenäoliselt tõrjub see lähima poole sajandi jooksul välja nafta kui keemiatööstuse tooraine. Seda enam, et puitu ja muud biomassi Eestis jätkub ning puidukeemiaga tahetakse Eestis tõsiselt tegelema hakata.
Mida räägib statistika?
Õppurite arv keemia, biokeemia, keemiatehnoloogia ja -protsesside ning materjali töötlemise (klaas, plast, paber, puit) õppekavadel.
