2020. aastal, kui Saksamaa ja Euroopa Komisjon avaldasid oma vesiniku rakendamise strateegiad, pühendasin sellele teemale raamatu „Vesinikuillusioon“ („The Hydrogen Illusion“) ning avaldasin artiklisarja koostöös Itaalia energiaeksperdi Alessandro Clericiga. Nüüd, kuus aastat hiljem, pöördun ma selle teema juurde tagasi. Mitte soovist ennast korrata, vaid seetõttu, et avalik kommunikatsioon, milles vesinikku esitletakse olulise energialahendusena, jätkub endiselt. Paraku sageli pöörates vähe tähelepanu selle aluseks olevale keemiale ja füüsikale, samas kui uued kogemused on omaaegseid kahtlusi suures osas kinnitanud. Seetõttu tuleks kohased argumendid veel kord üle vaadata ja ajakohastada neid selle põhjal, mida oleme vahepeal teada saanud. On oluline selgitada võimalikult arusaadavalt, miks on vesinik hoolimata oma väärtusest keemilise ainena siiski kehv valik kasutamiseks kütusena.
Võrdlus käekoti põletamisega võib tunduda provokatiivne, kuid on heaks näiteks, et võtta lühidalt kokku tänapäeva vesinikupoliitika põhilised väärarusaamad. Vesinikul on mitmeid tähelepanuväärseid omadusi. See on tööstusele hädavajalik ning seda on enam kui sajandi jooksul kasutatud meie heaolu tagavates olulistes protsessides. Just vesiniku väärtuslikkuse tõttu on raske põhjendada selle tootmist suurte energia- ja majanduskuludega üksnes selleks, et see pärast ära põletada.
See eristus vesiniku kui keemiatootе ja energiakandja vahel on poliitilisest debatist suures osas kadunud. Üha enam esitletakse vesinikku kui universaalset lahendust süsinikuheite vähendamiseks. Seda loodetakse kasutada autode, veokite, laevade ja võib-olla ka lennukite kütusena, hoonete kütmisel, mittejuhitavalt toodetava elektrienergia salvestamisel, kõrge temperatuuriga tööstusliku soojuse tootmises, samuti terasetootmises ning tuule- ja päikeseenergia tootmise kõikumiste tasakaalustamisel.
Probleem on aga selles, et vesinik ei ole energiaallikas. Seda tuleb kõigepealt toota. Ja see elementaarne tõsiasi muudab peaaegu kõike.
Vesinik ei ole energiaallikas
Kivisüsi, nafta, maagaas, uraan, voolav vesi, tuul ja päikesekiirgus on looduslikud primaarenergia allikad. Vesinik on teistsugune. Kuigi vesinikuaatomeid leidub erakordselt palju, ei ole molekulaarset vesinikku peaaegu vabalt saadaval sellises koguses, mida saaks kasutada energiasüsteemis. Hiljuti pälvisid suurt meediatähelepanu loodusliku ehk n-ö valge vesiniku otsingud, näiteks Malis Bourakébougous ja Prantsusmaal Lorraine’is. Sellegipoolest on põhjust olla ettevaatlik. Geoloogid, kes on enam kui sajandi jooksul avastanud meie heaolu taganud söe-, nafta- ja gaasimaardlaid, ei ole kunagi pidanud looduslikku vesinikku oluliseks energiaressursiks – kuni see muutus moesõnaks. Praeguseks ei ole tõestatud ühegi sellise maardla olemasolu mahus, mis oleks energiasüsteemi seisukohast asjakohane.
Lühidalt öeldes tuleb vesinikku tööstuses energiakandjana kasutamiseks toota veest või süsivesinikest. Vesinikku sisaldavad ka paljud muud ained, sh keerukad orgaanilised ained nagu glükoos ja sahharoos, kuid need ei ole suuremahulise vesinikutootmise jaoks realistlikud lähteained.
Seega saab vesinikku võrrelda mitte maagaasi või naftaga, vaid elektriga ‒ see on energiakandja, mida tuleb kõigepealt toota mõnest muust energiaallikast.
See võib tunduda pelgalt sõnade mänguna, kuid tegelikult see nii ei ole.
Energia ühest liigist teise muundamisel tekivad alati kaod. Elektri tootmine, seejärel selle elektri kasutamine vesiniku tootmiseks, vesiniku kokkusurumine või veeldamine, transportimine ja ladustamine ning lõpuks muundamine tagasi kasulikuks energiaks põhjustavad järjestikuseid muundamiskadusid.
Ükski poliitiline direktiiv, toetusmeede ega tööstusstrateegia ei suuda eirata termodünaamika seadusi.
Seetõttu tuleks praegust vesinikubuumi esmalt hinnata keemia ja füüsika seisukohast ning alles seejärel vaadelda kliimaeesmärke, tööstusstrateegiaid ja toetusprogramme.
Me oleme seda juba varem näinud
Vesinikumajanduse idee on palju vanem kui Euroopa roheline kokkulepe. Juba 1923. aastal pakkus Briti teadlane J. B. S. Haldane oma Cambridge’is peetud loengus „Daidalos ehk teadus ja tulevik“ („Daedalus, or Science and the Future“) välja idee kasutada vesiniku tootmiseks tuulega toodetud elektrit. See idee sai taas laialdase kõlapinna 1960. ja 1970. aastate tuumaenergia entusiasmi ajal ning uuesti pärast 1973. ja 1979. aasta naftakriise.
Üks selles valdkonnas tegutsenud kõige huvitavamaid teadlasi oli Itaalia füüsik Cesare Marchetti, kes töötas Euroopa Teadusuuringute Ühiskeskuses (Joint Research Centre, JRC) Ispras. Just seal kujundas ta 1960. aastatel oma käsitluse, et vesinik võiks olla vahend, mille abil kasutada tuumaenergiat mitte ainult elektri, vaid ka suures mahus kütuste ja soojuse tootmiseks. Hiljem töötas ta Viini lähedal Rahvusvahelises Rakendusliku Süsteemianalüüsi Instituudis (International Institute for Applied Systems Analysis, IIASA), kus jätkas energiasüsteemide ja tehnoloogilise arengu uurimist. 1960. aastate keskel tuvastas Marchetti tuumaenergia kasutamise visioonis strateegilise nõrkuse. Tuumaenergiat käsitleti valdavalt elektritootmise vahendina. Kuid elekter moodustab vaid osa ühiskonna kogu energiatarbimisest. Seetõttu ei mõjutaks ka tuumaelektrienergia tootmise väga ulatuslik suurendamine suurt osa energiamajandusest. Seepärast hakkas Marchetti uurima, kuidas võiks tuumaenergia jõuda palju suuremale ‒ energia- ehk kütuseturule, kus toona domineerisid põlevkütused, ehk nagu mulle meeldib seda vastandust kirjeldada: elektronid versus molekulid ehk veel lihtsamalt öeldes elekter versus leek. Vesinik näis sellist silda pakkuvat.
Ispras alustati tõsise uurimistööga. 1969. aasta ümarlaual käsitleti vesiniku otsest tootmist tuumasoojust kasutades. 1970. aastal avaldasid Cesare Marchetti ja Giuseppe De Beni uurimuse „Vesinik kui energiaturu võti“ („Hydrogen, Key to the Energy Market“). 1971. aastal läks Marchetti oma tööga „Vesinik kui energiaturu peavõti“ („Hydrogen, Master Key to the Energy Market“) veelgi kaugemale. Selles uuriti vee termokeemilist lagundamist kõrgtemperatuurilise tuumasoojuse abil. Kui ma Euroopa Komisjoni energeetika peadirektoraadis tööle asusin, tegin loomulikult selle vesiniku-uurimise töörühmaga koostööd.
See ajalooline episood on oluline, kuna kummutab idee, nagu oleks vesinik 21. sajandi tehnoloogiline avastus. Euroopas on vesinikuenergia ideed uuritud juba enam kui pool sajandit. Tolle aja teadlastel oli aga potentsiaalne eelis, mida paljudel tänapäeva vesinikuprojektidega tegelejatel ei ole ‒ nad eeldasid, et tuumaenergia on külluslikult ja pidevalt kättesaadav.
Ometi vesinikumajandust ei tekkinud. See peaks vähemalt tekitama küsimuse, miks? Vastus, nagu järgmistes jaotistes on kirjeldatud, peitub mitte niivõrd poliitikas kui keemias, termodünaamikas ja kuludes: eeldatud odava tuumasoojuse küllus jäi olemata, naftakriiside mõju taandus ning vesiniku tootmine süsivesinikest jäi mistahes alternatiivist palju odavamaks.
Tööstuses on vesinik juba ammu tuntud
Praegustes aruteludes levib veel üks väärarusaam. Vesinikust räägitakse vahel nii, nagu ootaks tööstus valitsustelt uue majandusharu rajamist. Tegelikkus on sellest täiesti erinev. Vesinik on juba ammu olnud oluline tööstuskemikaal. See on asendamatu ammoniaagi ja seega ka lämmastikväetiste tootmisel, mis omakorda on ülioluline miljardite inimeste toitmisel. Vesinikku kasutatakse laialdaselt nafta rafineerimisel, sh hüdrokrakkimisel ja -töötlusel ning naftatoodetest väävli eraldamiseks, samuti metanooli tootmisel ja paljudes muudes keemiatööstuse protsessides.
Seega on vesinik tööstuses väga hästi tuntud. Insenerid teavad, kuidas seda toota. Nad teavad, kuidas seda käidelda, tunnevad selle füüsikalisi omadusi, eeliseid ja probleeme. Nad teavad, et vesinik on kõige väiksem molekul, mistõttu on lekkimine paratamatult probleemiks. Nad teavad ka seda, et vesiniku mahuline energiatihedus on väike ning selle kokkusurumiseks või veeldamiseks on vaja lisaenergiat ja spetsiaalseid seadmeid. Kõige olulisem on aga, et keemiatööstuses on vesiniku tootmist optimeeritud aastakümneid. Ja milline tootmisviis valiti? Valiti valdavalt fossiilkütustel põhinev tootmine – peamiselt maagaasist ja eriti Hiinas kivisöest –, mitte vee elektrolüüsi teel, samas kui täiendav osa vesinikust saadakse nafta rafineerimise ja keemiatööstuse protsesside kõrvalsaadusena. Valdav tootmisviis on metaani konversioon veeauruga ehk metaani aurureformimine (steam methane reforming – SMR). Seda ei tohi segi ajada tuumaenergeetikas kasutatava sama lühendiga SMR (small modular reaktor, väike moodulreaktor).
See ei olnud tingitud sellest, et mitu põlvkonda keemiainsenere oleks mingil põhjusel jätnud elektrolüüsi avastamata. Elektrolüüs on tuntud juba 19. sajandist ning iga keemiatudeng on näinud, kuidas vesi vesinikuks ja hapnikuks laguneb.
Elektrolüüsi kasutati tegelikult aastakümneid ka tööstuses, eelkõige seal, kus elekter oli väga odav. Norsk Hydro ASA tootis Norras Rjukani ja Glomfjordi tehastes hüdroenergia abil ammoniaagi tootmiseks vesinikku ning sama tehti ka Egiptuses Assuanis ja Kanadas Trailis asuvates tehastes. Need tootmisüksused suleti lõpuks või läksid üle maagaasile. Isegi maailma ühe odavaima elektri kasutamisel ei suutnud elektrolüüs konkureerida aurureformimisega. Tööstus eelistas reformimist aga märksa kaalukamal põhjusel: keemia.
Seitsmekordne energiavajaduse vahe
2021. aastal avaldasime Henri Massoniga ajakirjas The European Scientist artikli pealkirjaga „Miks toodetakse tööstuslikku vesinikku maagaasist, mitte vee elektrolüüsi teel?“ („Why is industrial hydrogen produced from natural gas and not by water electrolysis?“). Pöördusime tagasi termodünaamika põhitõdede juurde. Ühe mooli vesiniku tootmiseks vedela vee lagundamisel on reaktsiooni entalpias väljendatud vajalik energiakogus järgmine:
H₂O → H₂ + ½ O₂,
mis vastab ligikaudu 285,8 kJ-le. Sellest vähemalt 237 kJ on reaktsiooni Gibbsi vabaenergia, mis peab anda elektrienergiana, ülejäänu saab põhimõtteliselt pakkuda soojusena.
Võrdleme seda nüüd metaani aurureformimisega.
CH4 + 2H2O → CO2 + 4 H2
Kui kasutada tööstusrajatises juba olemasolevat auru, kulub selle reaktsiooni käigus ühe mooli vesiniku tootmiseks ligikaudu 41,2 kJ energiat. Suhtarv on 285,8 / 41,2 ≈ 6,94. Ümardatult seitse.
Ühe mooli vesiniku tootmiseks veest elektrolüüsi teel on – reaktsiooni entalpiana väljendatuna – vaja ligikaudu seitse korda rohkem energiat kui sama koguse vesiniku tootmiseks metaani aurureformimisega eeldusel, et vajalik aur on juba olemas. Võidakse väita, et selles võrdluses ei ole arvestatud reformimiseks kulutatavat metaani. Tegelikult on seda arvestatud – lihtsalt õiges kohas. Ühest moolist metaanist, mille kütteväärtus on ligikaudu 890 kJ, saab toota neli mooli vesinikku. Seega ei lähe suurem osa metaani keemilisest energiast kaotsi, vaid kandub üle vesiniku molekulidesse. Reformimisel kasutatakse ära lähteaine energiat ning selleks kulub ühe mooli vesiniku kohta vaid ligikaudu 41 kJ täiendavat soojust.
Vesi seevastu ei sisalda kasutatavat keemilist energiat. Elektrolüüsis tuleb kogu 285,8 kJ saada väljastpoolt ning suurema osa sellest moodustab kõige väärtuslikum ja kallim ehk elektrienergia, mille tootmiseks soojuselektrijaamades kulub iga tarnitud ühiku kohta juba 2,5–3 ühikut primaarenergiat. Just seda tähendabki tegelikult seitsmekordset erinevust ‒ see ei näita vesinikus sisalduva energia hulka, mis on tootmisviisist olenemata sama, vaid vesiniku tootmiseks väljastpoolt lisatava energia hulka.
Kui SMRi puhul võtta lähteaineks auru asemel vedel vesi, väheneb elektrolüüsi ja aurureformimise energiavajaduse suhe, kuid jääb siiski ligikaudu 4,5-kordseks. Tavaliselt on keemiatööstuses aga aur juba olemas, sest seda saadakse muudest protsessidest, soojuse taaskasutusest või integreeritud energiavarustusest. Need ei ole väikesed erinevused, mida saaks lihtsalt mõne protsendipunkti võrra elektrolüüseri tõhusust suurendades kaotada. Need tulenevad keemiast.
Loomulikult nõuavad tegelikud tööstussüsteemid palju põhjalikumat lähenemist kui üksnes reaktsiooni entalpiate võrdlemine. Arvestada tuleb elektrienergia tootmist, elektrolüüserite kasutegurit, soojuse integreerimist, lähteainete hindu, kapitalikulu ja töötingimusi. Kuid termodünaamikal põhinev võrdlus aitab mõista midagi väga olulist, nimelt: miks hakati tööstuses vesinikku tootma pigem süsivesinikest kui elektri abil. Tööstuse ajalugu iseenesest on aastakümnete jooksul läbi viidud eksperiment. Kui elektrolüüs oleks pakkunud rafineerimis- ja keemiatehastele vajaliku tohutu vesinikukoguse tootmiseks nii energiakasutuse kui ka majandusliku tasuvuse mõttes paremat lahendust, oleks tööstus vaevalt oodanud Euroopa Komisjoni vastavat seisukohta.
Elekter on asjatult kulutamiseks liiga väärtuslik
Probleem muutub veelgi selgemaks, kui arvestada ka elektrolüüsiks kasutatavat elektrihulka. Elekter on eriti väärtuslik energialiik. Selle abil saab käitada mootoreid, elektroonikaseadmeid, valgustust, sidevahendeid, ronge, pumpasid, tööpinke, arvuteid ja praktiliselt kõiki tänapäevaseid keerukamaid seadmeid.
Vee lõhustamisel elektriga tekib vesinik, kuid sellega kaasneb energiakadu. Kui vesinikku seejärel kokku suruda, ladustada ja transportida, kulub veelgi energiat. Kui vesinik lõpuks kütuseelemendis või turbiinis taas elektriks muundatakse, kaasneb jällegi märkimisväärne energiakadu.
Sageli jäetakse tähelepanuta veel üks oluline probleem. Vesiniku tootmiseks kasutatavat elektrit ei saa enam otse elektrivõrku suunata. Kui elektrit napib või see on kallis, hakkab elektrolüüs seetõttu konkureerima elektri otsese kasutamisega ning tõrjub seda sisuliselt välja ka sellistes valdkondades, kus elekter juba on kõige tõhusam energiakandja.
Vesiniku tootmine ei loo täiendavat energiat. See suunab väärtusliku elektri lihtsalt ümber mitmeetapilisse muundamisahelasse, milles märkimisväärne osa energiast paratamatult kaotsi läheb.
Seega alustame elektrist, muundame selle koos energiakaoga muuks energiakandjaks, mille käitlemine ja ladustamine toob kaasa lisakulusid, ning mõnel juhul muundame selle jällegi koos kaoga tagasi elektriks.
See ei ole energia allikas. See on energia muundamisahel ehk ahel, mis võib oluliselt vähendada selle elektri otsest ja tõhusamat kasutamist, millest ahel alguse sai.
Vesinik ei muuda ilmast sõltuvat energiatootmist pidevaks
Vesinikku esitletakse sageli energiatootmises lahendusena tuule- ja päikeseenergia kui juhitamatu ressursi kasutamise asemel. Mõte tundub ahvatlev: kui elektrit on üle, kasutatakse seda vesiniku tootmiseks, st vesinik ladustatakse ja kui elektrit taas vaja läheb, kasutatakse vesinikku kütuseelemendis elektri tootmiseks. Tehniliselt see toimib. Energeetilisest vaatenurgast on tulemus aga üsna kainestav.
Arvutasin Eurostati andmete põhjal, et ELi liikmesriikides on kokku nii maismaa- kui ka meretuuleenergia tootmise keskmine kasutustegur ligikaudu 23%. See näitaja muutub periooditi väga vähe, sest seda ei määra mitte tuulikute tehnoloogia, vaid ELi keskmised ilmastikutingimused. Toome näiteks 6 MW võimsusega tuuliku. Kui see töötaks kogu aasta vältel pidevalt oma nimivõimsusel, oleks toodang 52 560 MWh. 23% kasutusteguri juures on tuuliku aastatoodang aga ainult umbes 12 000 MWh, mis vastab ligikaudu 2000 täiskoormusega töötunnile.
Kui eesmärk on tagada pidev 6 MW tootmisvõimsus, tuleb ülejäänud 77% saada ajal, mil tuuleenergia tootmisest ei piisa. Oletame, et selleks vajalik elektrienergia salvestatakse vesiniku kujul. Kõigepealt saadakse elektrolüüsi teel elektrienergiast vesinik, seejärel surutakse see kokku, transporditakse ja ladustatakse ning lõpuks muundatakse kütuseelemendis taas elektrienergiaks. Elektrolüüsi kasutegur on praktikas umbes 66%, mis jääb sageli viidatud teoreetilisele väärtusele tublisti alla. Vesiniku kokkusurumise, transportimise ja ladustamise kasutegur on umbes 75% ning kütuseelemendis elektriks tagasi muundamise kasutegur 50%. Seega kokkuvõttes on elektri-vesiniku-elektri muundamisahela kasutegur vaid umbes 25%. Puudujääva ligikaudu 40 500 MWh elektrienergia tootmiseks aasta jooksul on seega enne vesiniku salvestusahelasse jõudmist vaja toota umbes 163 500 MWh täiendavat tuuleenergiat. Sama 23% kasutusteguri juures tähendab see, et vaja on veel 13,5 sellist 6 MW tuulikut – praktikas siis 14 tuulikut.
Arvutustulemused on rabavad: üks tuulik suudab tuule olemasolu korral varustada tarbijat elektriga otse, kuid vesiniku salvestustsükli toimimiseks vajaliku elektrienergia tootmiseks on vaja veel neljateistkümmet tuulikut. Seega eeldab selles lihtsustatud energiabilansi näites pideva 6 MW võimsuse tagamine kokku umbes viitteist 6 MW võimsusega tuulikut ning lisaks elektrolüüsereid, kompressoreid, vesinikuhoidlaid ja kütuseelemente. Järeldus ei sõltu niivõrd sellest, milliseid täpseid eeldusi arvutuses kasutada. Isegi kui eeldada, et vesiniku kokkusurumise, transportimise ja ladustamise kasutegur on parimal juhul 85–90%, tõuseb kogu ahela kasutegur vaid umbes 28–30%-ni ning ikkagi oleks vaja veel umbes 11–12 tuulikut.
Vesiniku kasutamine ei kõrvalda tuule- ja päikeseenergia kui juhitamatu ressursi tootmise iseärasusi, vaid üksnes kompenseerib neid suure ületootmisvõimsuse ja väga suurte muundamiskadude hinnaga. Vesiniku pooldajad väidavad sageli, et elektrolüüserites saab kasutada taastuvatest energiaallikatest toodetud elektri „ülejääki“ – selle elektri, mille tootmist tuleks muidu vähendada. Teatud tingimustel võib see tõesti mõistlik olla. Kuid tööstuslikku vesinikumajandust ei saa üles ehitada elektrile, mida oleks ühtaegu nii palju, et seda jääks üle, mis oleks piisavalt odav, et muuta vesiniku tootmine konkurentsivõimeliseks, ja mis oleks kättesaadav piisavalt paljude tundide jooksul aastas, et kallite elektrolüüsiseadmete maksumus end ära tasuks. Elektrolüüser on tööstusseade, mille tasuvus sõltub otseselt selle kasutusajast. Kui seadet kasutatakse ainult üksikutel perioodidel, mil tuule- või päikeseenergia tootmisel tekib elektri ülejääk, saab neil tundidel küll odavat elektrit tarbida, kuid seadme kapitalikulu tuleb sel juhul katta suhteliselt väikese toodetava vesinikukoguse arvelt. Seevastu elektrolüüseri töötundide arvu suurendamiseks on elektrit tarvis palju rohkemate perioodide jooksul – sealhulgas tundidel, mil elektrit üle ei jää või mil see ei ole odav. See vastuolu on liiga sageli varjatud ahvatleva väljendi „rohevesinik“ taha.
Värvus ei muuda molekuli olemust
Vesinikku on hakatud kirjeldama erakordses värvispektris. On olemas hall, sinine, roheline, roosa, türkiissinine, valge ja veel mitut „värvi“ vesinikku ‒ olenevalt selle tootmisviisist või päritolust.
Vesinikumolekul ise on muidugi värvuseta ‒ H2 jääb H2-ks.
Kuid ülaltoodud terminoloogia kuulub pigem poliitika ja majanduse kui keemia valdkonda. Selles kirjeldatakse vesiniku tootmist ning üha enam ka seda, millisesse regulatiivsesse kategooriasse ta tootmisviisi põhjal liigitatakse. Viimasest sõltub, kas vesinik vastab toetuste saamise tingimustele ja konkreetsetele kliimapoliitika eesmärkidele.
Värvusel aga pole teaduses kohta. Ükski keemiaõpik, keemiline nomenklatuur ega termodünaamiliste omaduste tabel ei erista vesinikku värvuse järgi. Keemik või füüsik iseloomustab ainet selle koostise, puhtuse, rõhu ja temperatuuri, aga mitte selle järgi, millist väärtust omistatakse selle tootmisviisile. Värvus kuulub turunduse ja regulatsioonide sõnavarasse. Selle eesmärk on muuta toode avalikkusele atraktiivseks ning liigitada projektid kategooriatesse selle järgi, kas neil on õigus saada riiklikku toetust või mitte. Kui identsetele molekulidele lisatakse kindlustunnet sisendav märgis, juhitakse sellega tähelepanu eemale tõeliselt olulistelt küsimustelt ‒ kui palju ja millise hinnaga energiat tarbitakse ning millise kasuliku teenuse jaoks ‒ ning suunatakse hoopis kuvandiga seotud küsimusele. Enne kui küsida, mis värvi peaks vesinik olema, tuleks küsida, kas meil on sellise kasutuse jaoks üldse vesinikku vaja?
Kui vesinikku on vaja keemiatööstuses lähteainena, on vastus ilmselgelt jaatav. Seejärel tuleb välja selgitada kõige tõhusam, taskukohasem ja keskkonnasäästlikum tootmisviis. Terasetootmine on õpetlik piiripealne näide. Rauamaagi otseredutseerimisel kasutatakse vesinikku mitte kütusena, vaid redutseerijana – vesinik osaleb siin otseselt keemilises reaktsioonis. Ent rauamaak ei vaja tingimata just vesinikku, vaid redutseerijat. Seda ülesannet on süsinik – olgu siis koksina kõrgahjus või maagaasina otseredutseerimistehastes – põlvkondade vältel tõhusalt ja odavalt täitnud. Vesinik asendab siin süsinikku mitte keemilise vajaduse, vaid poliitilise soovi tõttu vältida CO2-heidet. See on poliitiline valik ning selle maksumus tuleks avalikult välja öelda, selle asemel et esitada seda tehnilise vajadusena.
Kui aga vesinikku pakutakse üksnes vahendajana primaarenergiaallika ja energia lõpptarbimise vahel, peaks tõendamiskohustus olema vastupidine. Miks toota seda kallist molekuli, kui algallika energiat saab kasutada palju vahetumalt?
Põhimõtteline segadus elektronide ja molekulidega
Üks põhjus, mis teeb vesiniku poliitikakujundajatele ahvatlevaks, on see, et tänapäeva energiapoliitika on keskendunud peamiselt elektrienergiale. Ometi on elekter vaid üks osa energiasüsteemist. Kaasaegne tsivilisatsioon vajab aga nii elektrone kui ka molekule. Me vajame elektrit, kuid samuti tohututes kogustes soojust ja keemiatööstuse lähteaineid. Vajame kõrgtemperatuurilisi tööstusprotsesse. Vajame suure energiatihedusega kütuseid. Vajame molekule naftakeemiatööstuse jaoks, väetiste, plasti ja ravimite tootmiseks ning lennu- ja meretranspordi tarbeks.
Täpselt seda mõistis Marchetti juba 1960. aastatel. Tema arutluskäik oli intellektuaalselt järjepidev: kui tuumaenergiat hakkaks olema ülisuurtes kogustes, siis kuidas saaks seda kasutada lisaks elektri tootmisele ka tohutul kütuseturul? Vesinik näis olevat üks võimalik vahend tuumasoojuse muundamiseks transporditavaks ja ladustatavaks molekuliks.
Selles on märgatav iroonia. Rohkem kui viiskümmend aastat hiljem on vesinik Euroopa energiapoliitikas taas tähelepanu keskmesse tõusnud, kuid nüüd hoopis teistsuguses energiasüsteemis. Kui toona lähtuti eeldusest, et tuumaenergiat on ohtralt ja seda saab pidevalt toota, siis nüüd tugineb suur osa uuest vesinikustrateegiast juhitamatule tuule- ja päikeseenergiale. 2000. aastatel taaselustas Euroopa Komisjon vana idee, kuid jättis nõrgaks eelduse, mis selle idee kunagi atraktiivseks muutis – tuumaelektri külluse.
Vesinik kütmiseks?
Küsimus suunab meid probleemi kõige ilmekama näiteni: vesiniku tootmine eesmärgiga seda soojuse saamiseks ära põletada. Olgu siis hoonete kütmiseks või tööstusprotsesside tarbeks. Soojus on termodünaamilises mõttes üks kõige lihtsamaid energiavorme. Vesinik seevastu on tööstuslikult toodetav aine, mida tuleb toota, puhastada, transportida ja ladustada. Kui elekter on kättesaadav ja eesmärk on vaid madalatemperatuurilise soojuse tootmine, siis elektri muundamine vesinikuks enne selle põletamist lisab ahelasse tarbetu vaheetapi, millega kaasnevad vältimatud energiakaod.
Kui maagaas on saadaval, on metaani vesinikuks muundamine ja seejärel selle põletamine energiakasutuse seisukohast samamoodi raskesti põhjendatav. Võtame juba olemasoleva põleva kütuse, muundame selle tööstuslikult muuks põlevaks kütuseks, millele kulub energiat ja raha, ning lõpuks põletame saadud toote ära.
Sama kehtib ka tööstusliku kõrgtemperatuurilise soojuse puhul. Tööstus- ja põletusahje saab juba praegu otse ja tõhusalt kütta maagaasi, kivisöe või õliga. Nende asendamine vesinikuga lisab kuluka muundamisetapi, kuid ei lisa midagi, mida olemasolevad kütused juba ei võimaldaks. Kui vesinik toodetakse maagaasist, kasutatakse sisuliselt sama metaani energiat – ainult muundamiskadude võrra vähem.
Siit kumabki Louis Vuittoni käekoti võrdlus eriti hästi. Käekott põleb kindlasti ja annab ka sooja – selles ei ole kahtlust. Kuid küsimus pole selles, kas see toimib, vaid selles, miks toota kõigepealt kallis ja keerukas toode, et see siis lihtsalt ära põletada, sisuliselt hävitades selle väärtuse kõige primitiivsemal viisil.
Poliitika ei tühista termodünaamika seadusi
2020. aasta juunis käivitati Saksamaal ulatuslik riiklik vesinikustrateegia. Mõni nädal hiljem esitas oma vesinikustrateegia ka Euroopa Komisjon, seades taastuvvesiniku Euroopa Liidu CO2-heite vähendamise kavas olulisele kohale. 2022. aastal läks REPowerEU plaan veelgi kaugemale ‒ 2030. aastaks seati eesmärgiks toota Euroopa Liidus 10 miljonit tonni taastuvvesinikku ja lisaks importida veel 10 miljonit tonni. Selline poliitiline entusiasm ajendaski mind kirjutama raamatu „Vesinikuillusioon“.
Ma ei ole kunagi väitnud, et vesinikutehnoloogiad ei saa toimida või et sellekohased uuringud tuleks lõpetada. Minu seisukoht on hoopis see, et vesinikku ei tohiks käsitada primaarenergiaallikana ning et poliitiline toetus ei muuda ebatõhusat energia muundamise ahelat tõhusaks. Toetused võivad muuta hindu, mida üksikud majanduslikud osapooled maksavad. Need ei saa aga muuta keemiliseks reaktsiooniks vajalikku energiahulka. Regulatsioonid võivad luua turu. Need ei saa muuta termodünaamika seadusi. Nõuetega saab tööstust sundida teatud toodet ostma, kuid ei saa muuta olematuks energia muundamisel tekkivaid kadusid.
Ja nüüd paneb tegelikkus proovile selle kümnendi alguses seatud ambitsioonid. Euroopas ja mujal on paljusid vesinikuprojekte edasi lükatud, kärbitud või neist üldse loobutud. Enam ei ole tegu üksikute ettevõtete eraldiseisvate otsustega. Rahvusvahelise Energiaagentuuri (International Energy Agency, IEA) 2026. aasta ülemaailmse vesiniku ülevaate Global Hydrogen Review kohaselt on 2030. aastaks kavandatud vähese heitega vesinikuprojektide kogumaht kahanenud ühe aastaga 10 miljoni tonni võrra ehk umbes 27 miljoni tonnini. Samal ajal on nende projektide, mille puhul on otsus juba tehtud või millel on potentsiaal 2030. aastaks käivituda, tootmismaht vähenenud 10 miljonilt tonnilt veidi rohkem kui 6 miljoni tonnini. 2025. aastal toodeti kogu maailmas vähese heitega vesinikku napilt miljon tonni. See moodustas vaid umbes 1% kogu maailma vesinikutoodangust, mis ületas 100 miljonit tonni. Juba 2024. aastal jõudis Euroopa Kontrollikoda järeldusele, et ELi 2030. aastaks seatud eesmärgid ei ole realistlikud, ning kutsus üles olukorda realistlikult ümber hindama. Kulud on endiselt suured, nõudlus ebakindel, vajalik taristu puudub ja paljud potentsiaalsed kliendid ei ole valmis sõlmima pikaajalisi lepinguid hindadega, mis tagaksid projektide tasuvuse. Olukord on eriti kõnekas, kuna paljud neist projektidest kavandati erakordselt soodsas poliitilises keskkonnas, kus olid olemas toetused, eesmärgid, nõuded ja riiklik rahastus. Kuid majanduslik tegelikkus jõuab paratamatult järele.
Vesiniku tootmine ei ole kadumas ega peakski kaduma. Kuid taganemine mõnest kõige ambitsioonikamast projektist näitab, et erinevus tehnilise teostatavuse ja majandusliku jätkusuutlikkuse vahel muutub lõpuks määravaks. Euroopa jaoks on see eriti oluline, sest Euroopa tööstusettevõtted seisavad juba praegu silmitsi kõrgete energiakuludega võrreldes mitmete suurte rahvusvaheliste konkurentidega. Kulukate kohustuslike energiamuundamiste lisamine tootmisprotsessidele võib seda ebasoodsat olukorda veelgi süvendada. Seega ei ole oluline küsimus see, kui suure elektrolüüserite võimsuse võib Euroopa välja kuulutada. Oluline on hoopis, kui palju kasulikku teenust saab ühiskond iga tarbitud primaarenergiaühiku eest – ja millised on süsteemi kogukulud.
Vesinikul on tulevikku ‒ seal, kus vesinikku vajatakse
See kõik ei tähenda, et vesinikul poleks tulevikku. Hoopis vastupidi – vesinikul on juba praegu märkimisväärne koht. Ka tulevikus vajatakse vesinikku eelkõige seal, kus on vaja vesiniku molekuli ennast, mitte lihtsalt selle energiasisaldust. Ilmekas näide on ammoniaagi tootmine ning nafta rafineerimine ja naftakeemiatööstus. Vesinikku vajatakse nii metanooli tootmises kui ka mitmesugustes keemilistes protsessides. Võib tekkida uusi tööstuslikke rakendusi ning loomulikult tuleb jätkata tehnoloogilisi uuringuid. Muidugi võib leiduda ka spetsiifilisi energeetilisi rakendusi, kus vesinik või vesinikupõhised kütused pakuvad väärtuslikke omadusi, mis kaaluvad üles nende energeetilised puudused. Iga kasutusjuhtu tuleb seejuures hinnata eraldi, lähtudes selle tehnilisest ja majanduslikust otstarbekusest.
Tagasi tuleks lükata arusaam, et vesinikust peab saama universaalne energiakandja pelgalt sellepärast, et poliitiliste otsustega soovitakse fossiilkütuste otsesest kasutamisest loobuda. See eristus on oluline, kuna vesinik on keemiatööstuse toorainena asendamatu, kuid vesinik universaalse kütusena on hoopis teine lugu. Rohkem kui pool sajandit pärast Marchetti tööd Ispras on järeldus üllatavalt lihtne. Vesinik ei ole ei uus energiaallikas ega imelahendus. See on väärtuslik tööstustooraine ja teatavatel juhtudel kasulik energiakandja. Vesinikku tuleks kasutada seal, kus selle erilised omadused õigustavad tootmiseks kuluvat energiat ja raha.
Euroopa vajab teadusuuringuid ja innovatsiooni, kuid eelkõige vajab Euroopa oma tööstuse ja heaolu säilitamiseks piisavalt energiat varustuskindluse ja taskukohase hinnaga. Vesinikku tuleb toota siis, kui meil on vesinikku vaja. Elektrit tuleb kasutada siis, kui meil on elektrit vaja. Kütust tuleb kasutada siis, kui meil on kütust vaja. Ja energiakandjat ei tohi kunagi ajada segi energiaallikaga. Vesinik on suurepärane molekul. Just sellepärast ei tohiks me seda raisata.
Professor Samuel Furfari on hariduselt keemiatehnoloog, kes kaitses oma doktorikraadi energeetika valdkonnas Brüsseli Vabaülikoolis (Université Libre de Bruxelles)1982. aastal. 36 aastat ehk aastatel 1982-2018 töötas ta Euroopa Komisjoni energeetika peadirektoraadis erinevatel kõrgetel ametikohtadel. Ta on 20 aastat olnud ka geopoliitika ja energiapoliitika professor, praegu Euroopa ühe tuntuma ja vanema ärikooli ESCP Londoni harus (ESCP Business School). Furfari on avaldanud arvukalt artikleid ja 18 raamatut energeetika ja nn säästva arengu teemadel.
Nojah, nii juhtub kui võimu juurde määratakse harimatud tolad.
Ebarealistliku Kliimaneutraalsuse CO2 Nullemissiooni ja Rohepöörde ettevõtmiste tarbeks Materiaalsete Ressursside kaevandamise, töötlemise ja hiiglaslike tuulikuparkide rajamisega kaasneb Energiakriisi põhjustavalt tänasele tavatarbimisele lisanduvalt olemasolevate elektrijaamade Energia Liigtarbimine – see on „Rohepöörde ja Kliimaneutraalsuse Ettevõtmistesse Kehastunud Energia“. (KEHASTUNUD ENERGIA on otsese ja kaudse energia koguhulk, ENERGIAMAHUKUS, mis on vajalik mistahes kaupade või teenuste tootmiseks. Loetakse, nagu oleks see energia lisatud või „kehastunud” tootesse endasse)
Madala varustuskindlusega, energiasüsteemi ökonoomset töökorraldust destabiliseeriva, nn „Rohelise Taastuvenergia“ tootmiste ja muundamiste-salvestamiste – tarbimise protsesside summaarselt kujunev kasutegur on äärmiselt madal. Summaarse Kasuteguri näitaja väärtus muutub arvestuslikult negatiivseks (Energiakannibalism!), kuna energia muundamiste protsessidel otseselt mitteosaleva „eelnevalt summaarselt Materjalidesse Kehastunud Energia“ energiaosa tuleb lõplikust väljundenergiast maha arvata.
Negatiivne Kasutegur iseloomustab tabavalt kogu selle Euroopa Liidu Kliimamuutuste Peatamise Rohepöörase Utoopia, ja seda ülipüüdlikult teostava Eesti Poliitikute-Ametnike Kliki kollaborantide „Marionett-valitsuse“, ettevõtmiste olemust – selle enesehävituslikku Ebamõistusepärasust!
Siin on üks nii oluline lõik, et selle tooks kohe eraldi tsitaadina välja:
“Energia ühest liigist teise muundamisel tekivad alati kaod. Elektri tootmine, seejärel selle elektri kasutamine vesiniku tootmiseks, vesiniku kokkusurumine või veeldamine, transportimine ja ladustamine ning lõpuks muundamine tagasi kasulikuks energiaks põhjustavad järjestikuseid muundamiskadusid. Ükski poliitiline direktiiv, toetusmeede ega tööstusstrateegia ei suuda eirata termodünaamika seadusi.”
Poliitikuid füüsikatundi tagasi ei saa. Sinna nad ei lähe.
Mida teha?
Demokraatiat tuleks kuidagi koomale keerata ja kuidagi tuleks ruumi anda meritokraatlikule juhtimisele.
Minule tegelikult see meritokraatia mõte meeldib. Kahjuks tundub see mulle mitmetel põhjustel sama utoopiline kui kommunism.
Mulle kommunism väga utoopiline ei tundu. Mõnedes väiksemates indiaani külades oligi kõik varad ühised, kõik aitasid kõiki ja sisuliselt oligi kommunism. Suured ühiskonnad nii toimida ei saa ja siis kukub see kommunism läbi.
Demokraatia on palju suurem utoopia. Ometi kõik usuvad sellesse ja keegi ei pane seda kahtluse alla.
Meritokraatia poole saaks väikeste sammudega liikuma hakata juba praegu ja ilma, et ühtegi seadusemuudatust oleks vaja teha – tarkust ei ole veel ära keelatud!