Kas naftat on üldse vaja?
“Naftasõltuvus” – nii tavatsetakse
nimetada seisundit, milles minusugused Lääne inimesed elavad. See
võib ju ollagi tõsi kodanike puhul, kes liiklevad kesklinna ja
magalate vahet hiiglaslike linnamaasturitega, kuid mina sõidan autoga
haruharva ja pealegi on minu oma pisitilluke. Pole ometi võimalik, et
mul oleks naftasõltuvus.
Kummatigi see pilt muutub, kui ma
vaatan oma kodus ringi. Kui poleks naftat – pauh! – kaoks seintelt
värv. Vannitoa põrandalt haihtuks vinüül.
Dušikardinat ja segistit poleks samuti nagu olnudki. Kogu mu kosmeetika
ja tualett-tarbed ühes pakenditega oleksid nagu peoga pühitud. Kuna
šampoon ja seep on läinud, oleksid isikliku hügieeniga
täbarad lood.
Sama saatus tabaks mu elatusvahendeid: arvuti,
klaviatuur, printer, telefon – ühtki neist poleks olemas, kui poleks
naftast toodetud plastmasse. Kõik elektri- ja telefonijuhtmed oleksid
hoobilt paljad. Neile, kelle tervis sõltub naftast sünteesitud
ravimitest – näiteks suhkruhaiguse, kõrgvererõhu
või depressiooni all kannatajatele – oleks nafta puudumine lausa
eluohtlik.
Naftas sisalduvale süsinikule rajaneb
triljonidollarilise käibega naftakeemiatööstus, mis annab meile
lõpmatu hulga tööstuskaupu ja majatarbeid – värve,
plastmasse, ravimeid, liime, määrde-, maitse- ja lõhnaaineid
ning palju muud. Ometi ei pruugi see kõik enam kauaks nii
jääda. Oleme asunud peale kütuste ise kasvatama ka
keemiatööstuse toorainet.
Biomaterjalid, mis juba katavad
osa meie bensiini- ja diiselkütusevajadusest, võivad üsna
peatselt hakata asendama ka teisi naftasaadusi. Juurutamisel on uued biomassi
töötlemise meetodid, mille kasutuselevõtt võimaldaks
asendada senised traditsiooniliselt naftapõhised tooted. Need lahendused
ühes uute komplekssete elamute kütmise ja transpordi korraldamise
strateegiatega näitavad meile teed naftavabasse tulevikku.
Säärase tuleviku poole seavad sihte üha uued ja uued riigid.
Sedamööda, kuidas kliimamuutusest saab üha selgemalt
üleilmne prioriteet, on valitsused hakanud otsima võimalusi
vähendada meie igapäevast, 80 miljoni barreli nafta tarbimisel
atmosfääri paisatavat süsinikdioksiidi kogust. Näiteks
Rootsi kavatseb saavutada sõltumatuse naftast 2020. aastaks, loobudes
kütteõli põletamisest ja vähendades poole võrra
naftasaaduste kasutamist transpordis. Ka vähem rohelise
mõtteviisiga riikides on sõltuvuse vähendamine importnaftast
kujunemas riikliku julgeoleku põhiküsimuseks.
Olenevalt
sellest, kellelt küsida, öeldakse, et naftatootmise lagi jõuab
kätte millalgi tänavuse ja 2030. aasta vahel. Nafta hind on juba
tõusnud 2001. aasta 25 dollarilt barreli eest ligi 70 dollarini, mis
sunnib tarbijaid ja ettevõtteid otsima alternatiivseid kütuseid ja
keemilise sünteesi tooraineid.
Naftale on raske leida
võrdset. Pole sugugi juhus, et kasutame seda niihästi veokite,
lennukite ja autode käivitamiseks kui ka majade kütmiseks: tegu on
äärmiselt mugava ja kompaktse energiakandjaga. Niisama mugav on
kasutada naftat keemiatööstuse toorainena. Naftas leiduvad
süsinikku sisaldavad molekulid on hõlpsasti aurustuvad ja
mitmesuguste katalüsaatorite abil kombineeritavad. See omadus innustas
keemikuid terve inimpõlve vältel neid molekule aina uutmoodi kokku
klapitades välja töötama üha uusi kasulikke materjale,
millest tänapäeval saab valmistada kõike alates kuulivestidest
ja lõpetades hambaharjadega
.
Peaaegu 90 protsenti maa seest tulevast naftast läheb
kütuseks, seega peab ükskõik milline naftast loobumise
strateegia pakkuma eelkõige alternatiive just selles vallas. Osa
energiaallikaid, nagu näiteks vesinik, tuumareaktsioon ja tuul, ei pea
üleüldse olema süsinikupõhised.
Keemiatööstuses kasutatav 3,6 protsenti naftast on aga hoopis
omaette probleem. Siin on
nafta ainult toormeks meie nii
harjumuspärastele süsinikupõhistele materjalidele. Nafta
tähtsusest selles funktsioonis kõneleb fakt, et USA turul on
naftakeemiasaaduste käive dollarites umbes niisama suur kui kogu
transpordile kuluva mootorikütuse oma. Kust siis tuleb kogu see
süsinik, kui pole naftat? “Kui me tahame üle minna
jätkusuutlikule süsteemile, siis jääb ainult üks
võimalus – biomaterjalid,” vastab Iowa Amesi ülikooli
keemik Brent Shanks.
Pilguheit naftatöötlemise ajaloole annab
aimu ka sellest, mis juhtub edaspidi.
20. sajandi keskpaiku hakkasid
vedelkütuste tootjad otsima võimalusi nafta utmisel vabanevate
jääkgaaside ärakasutamiseks.
Utmisprotsessi
käigus tekib hulgaliselt süsinikku sisaldavaid molekule, millest
mõned – eteen, propeen ja benseen – leidsid kasutust
arenevas naftakeemiatööstuses. Nende molekulide
reageerimisvõime ja suurus tegi neist käepärased
“ehitusmaterjalid” paljude uute ühendite sünteesimisel.
“Kogu edaspidine areng sai alguse nendest esimestest
ühenditest,” selgitab Shanks.
Tänapäeva
biokeemiatööstus liigub sama rada. Kuigi nende peamine eesmärk
on biokütuste tootmine, uurivad tootjad eri biomassidest kütuse
valmistamisel tekkivaid kõrvalsaadusi ja arutlevad, mida nendega peale
hakata. Süsivesinike asemel on nende käsutuses taimsed suhkrud,
tärklised, rasvad ja valkained. “Ma usun, et mõnekümne
aasta jooksul tekib meil oskus ja võimalus valmistada peaaegu
kõiki vajaminevaid materjale taimsest toorainest,” ütleb
Michigani ülikooli keemik Bruce Dale. Osa aineid sünteesitakse
ensüümide ja geneetiliselt muundatud mikroorganismide abil, teisi
hakatakse valmistama traditsioonilises keemiatööstuses tuntud
anorgaaniliste katalüsaatorite abil, ennustab ta.
Biomassiks
kõlbab kõik alates maisist, suhkruroost, rohttaimedest, puidust
ja sojaubadest ning lõpetades merevetikatega. Vajamineva biomassi
suhteliselt tagasihoidlik kogus lubab tööstusliku toormena kasutada
maisi või muid taimseid toidukultuure, ilma et tekiks nõudluse
ülekuumenemine tooraineturul, nagu juhtus maisist toodetava
etanoolkütuse juurutamisel USAs, arvab Shanks.
“Biomassipõhiste ühendite turule toomine ei toimuks sugugi
toidukultuuride arvelt.”
Teatavaid ühendeid on
võimalik saada isegi loomsest toorainest. Juba praegu toodab üks
firma, Changing World Technologies, 225 tonnist toiduks kõlbmatutest
kalkuni sisikondadest 500 barrelit õli päevas, peale selle vett,
mineraale ja kontsentreeritud lämmastikväetist.
Tootmisprotsessis kuumutatakse roiskmass kõrge temperatuurini ja
töödeldakse kõrgrõhul, matkides nafta looduslikku
tekkeprotsessi maa all.
Biomassi kasutuselevõtuks on kaks
peamist motiivi, ütleb Minneapolises baseeruva agrokeemiaettevõtte
Cargill biotööstusdivisjoni peadirektor Jim Stoppert. “Esiteks
see, et süsiniku hind on järsult tõusnud. Teiseks see, et
paljud kliendid on hakanud eelistama keskkonnasõbralikke
alternatiive.”
Stoppert on pidanud
läbirääkimisi mööblitoo
tjatega, kes soovivad saada biomaterjalist vahtu madratsite täidiseks
– selline on tellijate nõue. Ta rõhutab, et
aastakümneid kestnud protsessiarendus on juba muutnud
naftakeemiatööstuse äärmiselt efektiivseks, mis ei
jäta firmadele kuigi suurt mänguruumi süsiniku hinnatõusu
kompenseerimiseks. Seevastu on biomassi töötlemise tehnoloogiad veel
üsna algelised, niisiis on siin peidus suuri võimalusi parandada
efektiivsust.
Ka valitsused nõuavad
tööstusettevõtetelt tarbitavate naftakoguste vähendamist
ja rohelisemaid lahendusi. Aastaks 2025 tahab USA energeetikaministeerium
jõuda sinnamaale, et veerand tööstusliku orgaanilise keemia
saadustest valmib biomassist.
2004. aastal valminud
energeetikaministeeriumi raport loetleb kaksteist kõige olulisemat
biomassis sisalduvatest suhkrutest saadavat ühendit, millel raporti
hinnangul on potentsiaali saada nüüdisaegse biosünteesi
eteenideks, propeenideks ja benseenideks – need on molekulid, mis
edaspidi hakkavad asendama naftakeemiatööstuse põhikomponente.
Tänavu märtsis teatas Prantsuse firma Agro Industrie Recherches ja
New Yorgis asuva ettevõtte Diversified Natural Products (DNP)
ühisettevõte BioAmber kavatsusest ehitada Prantsusmaale
Pomacle’isse tehas, mis hakkab tootma etanooli ja üht neist
kaheteistkümnest olulisimast komponendist, merevaikhapet. Merevaikhappest
saab valmistada lahusteid, värve, liime, ravimeid ja muid seni
naftapõhiseid tooteid. Suhkrut hakatakse Pomacle’is asuvas tehases
valmistama nisust. Nagu selgitab DNP esindaja Dulim Dunwila, leiab etanooli
tootmise kõrvalsaadusena tekkiv süsinikdioksiid kasutust
merevaikhappe tootmisel hapnikuvabas fermentatsiooniprotsessis. “Meil on
võimalik rajada biotööstus, mille õhku paisatav CO2
kogus on null,” ütleb ta.
Kõigi
naftatöötlemistehasega toodud paralleelide kõrval on olemas ka
mõned radikaalsed erinevused. Nafta kujutab endast taimset ollust, mis
on miljoneid aastaid rõhu all olles laagerdunud täiesti
teistsugusteks molekulideks, kuna aga värske taimne ollus sisaldab
kõiki taime enda sünteesitud elutegevuseks vajalikke ühendeid.
Sellistel ühenditel võib olla ka tööstuslikku
tähtsust: näiteks mõned neist on juba valmis polümeersed
ahelad. Mõnel juhul on taimsetel valmisühenditel väärtust
lõhna- ja maitseainete ning toidulisanditena.
Biomolekulide
väärtus avaldub eriti selgelt ravimitööstuses, kus
paljudel juhtudel on eriti oluline molekulide struktuuriline kiraalsus ehk
“käelisus”. Traditsioonilise sünteesi käigus saadud
molekulides on pooltel keemilised rühmad paigutunud aatomi ümber
ühtmoodi, pooltel aga vastupidi, peegelpildis – mõnikord
nimetatakse neid molekuli “paremaks” ja “vasakuks”
teisendiks. Biosüsteemid aga valmistavad sageli ainult üht neist
kahest versioonist ning paljude ravimite tootmisel saab kasutada neist samuti
ainult üht, sest peegelversioon ei anna soovitud tulemust või
põhjustab drastilisi kõrvaltoimeid. Niisiis on taimses toormes
– erinevalt naftakeemiast, kus enamik ühendeid saadakse
väiksemate osade kokkusidumise teel – juba olemas teatavate
väärtuslike ühendite “koorekiht”, mis on
võimalik sealt enne lagundamist ja uute molekulide
sünteesimisprotsessi eraldada.
Esimesed
biokeemiatööstuse saadused on juba turul. Illinoisi osariigis
Decaturis tegutsev põllumajandushiiule Archer Daniels Midland kuuluv
maisist etanooli valmistav tehas sünteesib kütuse valmistamisel
tekkivatest eri
kõrvalsaadustest rohkem kui 20 toodet. Nende hulka kuuluvad mitmesugused
siirupid, piim- ja sidrunhapped, aminohapped ja tööstuslikud
tärklised.
Kasutust leiavad need pesemisvahendites ja
loomasöödas, samuti toidulisandite valmistamisel. Enamik maisist
etanooli tootvaid tehaseid valmistab kõrvalsaadustest
loomasööta. Ka suhkrupeeditööstused ja paberivabrikud
oskavad kõrvalsaadusi hästi ära kasutada.
Cargill
on välja töötanud meetodi sojaubadest biodiisli valmistamisel
tekkiva glütserooli põhjal propüleenglükooli tootmiseks,
mis leiab kasutust kosmeetika, määrdeainete, antifriiside ja
mõningate plastide valmistamisel. Brasiilia firma Dedini aga on ehitanud
tehase, kus toodetakse ühtaegu nii etanooli kui ka biodiislit. Tavaliselt
taimsetest õlidest biodiisli valmistamiseks kasutatava fossiiltoormest
metanooli asemel kasutatakse siin biomassist saadavat etanooli. Sama meetodi
kasutuselevõttu kaalub BioAmber.
Bioloogia kui
päästerõngas
Cargill valmistab sojaõlist
ka polüoole, millest toodetakse polüuretaane, mis omakorda on
tooraineks vahtude, liimide, värvide, lakkide ja mitmete muude kemikaalide
valmistamisel. Arvestades, et kogu Ühendriikide sojaoasaak
võimaldab rahuldada ainult ligikaudu kuus protsenti riigi
diiselkütusevajadusest, on Shanks seisukohal, et sojaõli
sobibki paremini biosünteesi tooraineks kui diiselmootorites
ärapõletamiseks.
Biotoormele tähelepanu
pööravad ettevõtted ei peagi alati silmas naftasaaduste
üks-ühele asendamist. “Juba olemasolev toode konkureerib turul
hinnaga,” ütleb keemiatööstusgigandi DuPont biotehnoloogia
haru asepresident John Pierce. “Biosünteesi abil on tihti
võimalik luua uusi materjale, mille eest võib küsida
senisest kõrgemat hinda, aga enne tuleb luua neile turg.”
Hea näide on siinkohal DuPonti polümeer Sorona, mida turustatakse
tekstiilitööstusele vaipade ja rõivaste valmistamiseks. Firma
väitel on materjal määrdumiskindel, teistest polümeeridest
paremini värvitav ja vastupidav ultraviolettkiirgusele. Selle
nailonitaolise kiu omadused huvitasid DuPonti juba mitukümmend aastat
tagasi, probleem oli aga selles, et kahest komponendist ühe,
1,3-propaandiooli (PDO) sünteesimine oli liiga kulukas. Siis aga tuli
ühele aine molekulaarset struktuuri uurinud keemikule Pierce’i
sõnul idee, et seda võiksid valmistada ka mikroobid.
Nüüd kasutab firma toorainena maisisuhkrut, mille tõttu
nende toode on ligi 40 protsendi ulatuses bioloogiline; teist komponenti
sünteesitakse endiselt naftast. Praegu tegeleb DuPont selle
“Bio-PDO” kasutusala laiendamisega, lisades seda ühesse juba
tootmises olevasse plasti, mis on mõeldud mitmesuguste valudetailide
valmistamiseks. “Me küsime endalt pidevalt, kuhu veel oleks
võimalik biomaterjale sisse tuua,” ütleb Pierce.
Kogu maailmas toodab hulk firmasid sajaprotsendilisi bioplaste, mida
kasutatakse laialdaselt pakendamisel ning mille tooraineks on maisist saadud
biolagunevad piimhappepõhised polümeerid. Üks sellistest
firmadest, Minneapolises baseeruv NatureWorks, reklaamib end kui esimest
“süsinikuvaba” polümeeritootjat – ehkki oma
väite õigustamiseks peab ettevõte ostma tootmises kulutatava
süsinikupõhise kütuse tõttu heitmekvooti. Firma enda
väitel ületab nõudmine nende tootmisvõimsused (New
Scientist, 7. aprill, lk 37). Sedalaadi toodete suure menu üks
põhjusi on ka jaekaubandushiiglase Wal-Mart hiljuti välja
käidud looduss&a
mp;a
mp;a
mp;a
uml;ästliku pakendi algatus. Nüüd, kui piimhappe- ja
PDO-sarnased toorained on konkurentsivõimelise hinnaga saadaval, tahavad
firmad teada nende teisigi kasutusvõimalusi. Piimhappe puhul
näiteks tulevad kõne alla lahustid, immutusmaterjalid ning ka
antifriisid.
Sedalaadi näited on ilmekas tõend biomassi
töötleva tööstuse sammhaaval toimuvast arengust, mis
vägagi meenutab naftakeemiatööstuse alguspäevi 80 aastat
tagasi. “Paralleele on palju,” kinnitab Stoppert. “Iga
järjekordne ajurünnak tekitab teadlaste hulgas elevust, sest tegu on
täiesti uue teadusega.”
Mõnedki vaatlejad
väidavad, et biosünteesivaimustus hääbub niipea, kui
ettevõtted hakkavad mugavalt biotoormest valmistatavate saaduste juurest
edasi liikuma ja avastavad, et paljude teiste hädavajalike kemikaalide
valmistamine on nafta osaluseta äärmiselt keeruline. “Mulle
tundub, et liiga sageli arvatakse või loodetakse, et “äh,
võtame paha nafta asemele midagi muud”, aga ma olen päris
kindel, et ka saja aasta pärast valmistatakse keemiatooteid ikka veel
naftast,” räägib Pierce.
Mõnede
naftatoodetega on väga raske konkureerida. Gaasiline eteen –
üks peamisi keemilise sünteesi naftapõhiseid algmaterjale
– on endiselt nii odav, et vahel keemiatehased lihtsalt põletavad
seda.
Biokeemiatööstus seisab silmitsi samade
ülesannetega nagu biokütuste tootminegi: vajadusega lagundada taimses
massis sisalduv tselluloos ja ligniin suhkruteks ja teisteks
töödeldavateks lähteaineteks. Veekeskkonnas kulgeva protsessi
käigus, mida seejuures tõenäoliselt kasutatakse, on vajalike
ainete eraldamine keerukam kui naftakeemias kasutatava destillatsioonmeetodiga.
Pealegi puudub biomassist saadavate keemiatoodete juurutamiseks
Ühendriikides see võimas materiaalne stiimul, mis on
biokütustel – neile ei maksta riigi dotatsiooni.
Samas on
biokeemiatööstusel naftakeemiatehaste ees oluline eelis – see
on kasumlik juba märksa väiksemate tootmismahtude juures. Nii ehitus-
kui ka tootmiskulud on väiksemad, sest tootmine toimub madalamal
temperatuuril ja väiksema rõhu all kui naftakeemiatehases –
niisiis on tootmishooneid kergem rajada. Traditsioonilised naftautmistehased
maksavad sedavõrd palju, et neid on USAs alla 150 ja kogu maailmas
kõigest ligikaudu 720. Samas on juba ainuüksi USAs praegu 120
etanoolitehast. “Neil pole vajagi tulla suure käraga ja
ähvardada kohe äri üle lüüa,” ütleb Pierce.
Tegelikult on kõik asjaosalised ühel meelel selles, et
otsustav tegur on hind. “Kui nafta hind kukub 10 dollarile barreli eest,
siis me arvatavasti unustame kogu selle teema mõneks ajaks
ära,” ütleb Shanks. Nafta hinna edasine tõus aga muudaks
paljud seni kulukana tundunud lahendused ühtäkki tasuvaks. “Kui
barrel kerkib 75 dollari peale,” ütleb Stoppert, “siis
võib juhtuda palju huvitavat.” Vahest vabanen ka mina siis
lõplikult oma naftasõltuvusest.
Jessica Marshall
on Minnesota osariigis St Paulis elav vabakutseline ajakirjanik.
