Põlevkivituhk – müüdid ja tegelikkus

Täpselt 16 aastat tagasi sain magistrikraadi Manchesteri Ülikoolist magistritöö eest ’Eesti soojuselektrijaamade põlevkivituhk – selle ladustamine ja võimalik kasutamine’. Kuna Manchesteri Ülikool on maailma ülikoolide edetabelis 26. kohal, siis ehk on kellegi arvates minu arvamusel rohkem kaalu kui Tartu Ülikooli esindajal – Tartu Ülikool on 501.-600. kohal. Lisaks omandasin doktorikraadi keemiatehnika alal Stockholmi Kuninglikus Tehnikaülikoolis, mis on 174. kohal. Mina isiklikult erilist vahet neil ülikoolidel ei näe – kõikjal on nii fantastilisi võimalusi koos absoluutsel maailmatasemel professoritega kui ka probleeme. Ja sama ütlen näiteks Tallinna Tehnikaülikooli kohta. Aga olgu edetabelitesse uskujatel ka oma mängumaa.

Igal juhul Stockholmis tegelesin hüdrogeokeemilise modelleerimisega ning minu oskused analüüsida põlevkivituha käitumist  atmosfääritingimustes ja kokkupuutel põhjaveega pärinevad sealt. Eestis hüdrogeokeemilise modelleerimise koolkond senini puudub. Sellise kogemuse baasil oli meeldivaks ülesandeks hinnata ja analüüsida Eesti põlevkivituha baasil valmistatud betoonisegude keskkonnamõjusid.

Hetkel kaalutakse põlevkivituha baasil valmistatud betoonide kasutamist kaevanduste täitmisel. Juba on üllad ’keskkonnakaitsjad’ valmis seda ideed hukka mõistma. Samas on väga paljudes riikides leitud materjalid, millega kaevandusi täita. Paraneb maavara kättesaadavus, paraneb ventilatsioon, väheneb tulekahjude oht jne. Järgnev ülevaade näitab, et ka Eestis oleks selline teguviis igati asjalik ja ajakohane.

Põlevkivi tolmpõletamise käigus tekkivad keemilised reaktsioonid ning reaktsioonide käigus tekkivad uued mineraalid on osaliselt sarnased tsemendiklinkri valmistamise käigus toimuvatele reaktsioonidele ning tekkivatele mineraalidele. Põhiliseks erinevuseks on tolmpõletamise tuha liigselt suur vaba CaO sisaldus, samuti tsemendimineraalide kogus ning sulfaadisisaldus. Tulemuseks on, et tolmpõletamise tuha kasutamine täielikult tsemendiklinkri aseainena ei ole ehitusnorme arvestades tänapäeval ehitiste rajamisel aktsepteeritav. Küll on variant kasutada seda tuhka segus teiste kaevandamis- ja töötlemisjääkidega tagasitäiteks paljulubav, kuna täitele ei ole vajalik seada ehitiste rajamisega analoogseid tsemendisegude kvaliteedinorme.

Keevkihtkatelde tuhk erineb oluliselt tolmpõletustuhast, sh mineraalse koostise poolest eriti seetõttu, et enamus põlevkivis sisalduvatest karbonaatidest keevkihtkatelde tuhas jäänud lagunemata. Vaatamata sellele on veega kokkupuutel tekkivad keemilised reaktsioonid ning vastavalt ka keskkonnamõjud sarnased.

Keskkonnakaitse seisukohalt on selge, et segude kivistumise käigus tekib paratamatult teatud koguses aluselist vett, mis põhjavee liikumise tagajärjel levib teatud kaugusele ning avaldab teatud ulatusega mõju põhjavee kvaliteedile. Sisuliselt tekivad sellised mõjud kõikide ehitustööde korral, kus kasutatakse tsementi või lupja. Seega, vajalik on selgitada, missuguse kvaliteediga vesi tekib erinevate segude tardumise käigus. Seondades saadud uuringute tulemusi hüdrogeoloogiliste põhjavee liikumise mudelitega ja hüdrogeokeemiliste põhjavee kvaliteedi muutumise mudelitega on võimalik hinnata segude tardumise käigus tekkivaid keskkonnamõjusid.

Selge on samas ka see, et kui segud sisaldavad palju vaba CaO-d, mis hüdratiseerumise käigus jääb sidumata kivistunud massi uute mineraalide koostisse ning jääb vastavalt alles Ca(OH)2-na, siis selline tardunud segu võib mõjutada põhjavett ka tardumisjärgselt. Näiteks oleme arvutanud, et 40 m kõrgusest tuhaplatoost kandub välja väga kõrge aluselisusega vett (pH 12.4-13.6) väga pika aja jooksul, see aeg ületab 1000 aastat.

Betoonisegude tardumise käigus seotakse enamus vaba CaO-d ära teiste uute tekkivate mineraalide koosseisu ning vaba Ca(OH)2 jääb alles sellisel määral, et mõju kestvuse aeg on erinevalt tuhaplatoodes aset leidvatest protsessidest suurusjärkude võrra väiksem. Kivistudes moodustub väikese veejuhtivusega täidis ning seetõttu vee kogus, mis täidisest läbi tungib ning edasi põhjavette levib, on väike.

Raskmetallide leostuvuse uuringud näitasid, et ühegi raskmetalli leostuvus tuhkbetoonidest ei ületa isegi inertsete jäätmete leostuvusele kehtestatud keskkonnanõudeid ning katsed tõendasid, et tuhkbetoonidest raskmetalle ohtlikes kogustes põhjavette ei leostu. Samuti, erinevalt poolkoksist, pole põlevkivituha puhul fenoolide probleemi, nagu sageli ekslikult arvatakse.

Tuha keskkonnamõjud kaevanduste tagasitäitmisel vajavad konkreetset keskkonnamõjude hinnangut. Samas näitasid katsed, et sisuliselt ainsaks keskkonnamõjuks on aluselisus ning toimuvad protsessid on äärmiselt sarnased kõige tavalisematest ehitusmaterjalidest (näiteks portlandtsement) välja leostuva vee mõjule. Hüdrogeokeemiline modellerimine näitas, et ümbritsev keskkond puhverdab aluselisuse väga kiiresti ja tagasipöördumatult (atmosfäär on CO2 sisalduse tõttu happeline ning samuti on põhjavee HCO3 ioonil aluselisust neutraliseeriv toime, reaktsioonide tulemusena tekkiv ja välja settiv CaCO3 on keemiliselt täiesti ohutu). Kui kaevanduste tagasitäitmiseks õnnestub välja töötada piisavalt kvaliteetne tehniline lahendus, mis tagab täidetud tühimike väga väikese veeläbitavuse, ning välikatsed seda kinnitavad, siis on võimalik tõestada, et kaevanduste tagasitäitmise keskkonnamõjud keevkihtkatla tuha baasil loodud betoonide abil on ebaoluliselt väikesed.

Koostöös TTÜ-ga läbi viidud uuringute andmetel on kõik tuhksideainetega valmistatud betoonid varajases kivinemisestaadiumis tundlikud vee suhtes, samas aga keevkihikatla tuhaga valmistatud betoonid omavad tunduvalt suuremat veekindlust kui tolmpõlemiskatla tuhaga valmistatud betoonid ning ehitustehniliselt parimaid omadusi saavutatakse betoonidega, milles on kasutatud võimalikult suures hulgas keevkihikatla tuhka. Ühildades neid TTÜ järeldusi TÜ keskkonnamõjusid prognoosivate uuringutega on ilmne, et ka keskkonnakaitseliselt on aluselise vee tekke potentsiaal vähim tuhkadel, milles on kasutatud võimalikult suures hulgas keevkihtkatla tuhka, sest siis on portlandiidi osakaal tuhkbetoonides väike ning leostuv vesi puhverdatakse põhjavee poolt ära kiiresti ning segunemiskoha lähedal. Järelikult on nii TTÜ kui TÜ poolt välja toodud optimaalsed segude vahekorrad parimad nii ehitustehniliselt kui keskkonnakaitseliselt. Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituut ja geoloogia instituut ning Tallinna Tehnikaülikooli ehitustootluse instituut ja mäeinstituut täiendasid üksteist läbi viidud uuringutes ning tehnoloogilistes lahendustes, kuidas kaevanduskäike oleks võimalik täita. Olgu see näide koostöö vajalikkusest ja tulemuslikkusest.

Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituudis välja töötatud hüdrogeokeemiline mudel võimaldab edukalt prognoosida aluselise vee teket ning selle puhverdumist ning aluselisuse täielikku kadumist reaktsioonides põhjaveega. Välikatse käigus on vajalik leida kinnitus laborikatsetele ja modelleerimise tulemusteke reaalses mastaabis.

Kokkuvõtvalt peavad välikatsed täpsustama laborikatsete ja modelleerimise tulemusi selle kohta, et põlevkivituhkbetoonide kasutamisel kaevandusest aluselist vett ümbritsevasse keskkonda ei satu.

Põlevkivituhka ei ole vaja karta. Jutud kõrgest raskmetallide ja radioaktiivsete elementide sisaldusest on müüt ja jääb müüdiks. Laialdasemat kasutust ehitustegevuses pole tuhk senini leidnud vaid seetõttu, et kuigi põlevkivi anorgaanilise osa kuumutamisel tekivad tsemendimineraalid, pole nende koostis parim ega optimaalne, liialt palju on vaba CaO-d. Ehitajad vajavad kõrgema kvaliteediga materjale ja isegi see, et tuha saaks kätte sisuliselt tasuta, ei ole piisav argument selle kasutamiseks. Ehitised peavad olema kvaliteetsed. Kaevanduskäikude täitmiseks aga on põlevkivituhkbetoon piisavalt hea, isegi liiga hea. Kui vaid oleks majanduslikult otstarbekas tuhk kaevanduse juurde tagasi transportida ja betoon kokku segada.

Üks vastus

  1. Väga õpetlik
    Loodame, et teised postitused on sama huvitavad. Loen nüüd edasi

Lisa kommentaar

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Muuda )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Muuda )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Muuda )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Muuda )

Connecting to %s

%d bloggers like this: