Põlevkivi poolkoks

Põlevkivi poolkoks on põlevkivi utmisel saadav tahke jääkaine. Tänapäeval toodavad põlevkivi peamiselt Brasiilia, Hiina ja Eesti. Neist Eesti kaevandab umbes 70% maailma põlevkivist ja selle põhiline tootmisjääk on põlevkivi poolkoks. Seetõttu käsitletakse artiklis poolkoksi üldisi omadusi Eesti näitel. Põlevkivist saadav poolkoks on musta värvi teradest koosnev aluseline aine, mille pH jääb 12–13 vahele. Koguproovis on keskmiselt 39% niiskust ja 61% kuivainet (orgaaniline osa 13% ja mineraalosa 87%). Mineraalide hulgas on CaO, SiO2, CO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, H2O (hüdroksiidides), K2O, S, TiO2, P2O5. Orgaaniline osa sisaldab süsinikku, termobituumeni, madalmolekulaarseid ühendeid ja kerogeeni. Poolkoks on mehaaniliselt nõrk, tahke poorne, suhteliselt suure lendainete saagisega ja väga hõlpsasti süttiv jääk. Seda on proovitud kasutada kütusena, kompostituna ja ehitusmaterjalide tootmisel. Eelkõige saab kasutada poolkoksi energeetiliseks tooraineks. Viru Keemia Grupi (VKG) labor on teinud uuringu, mille andmete järgi selgus, et poolkoksi kütteväärtus on 800–1000 kcal/kg. Poolkoksi saab kasutada, segades seda põlevkivi ja kivisöega, selgus AS-is Kunda Nordic Tsement läbi viidud katsetest. Ehitusmaterjalide tootmisel on katsetatud betooni ja ehitusplokkide valmistamist põlevkivituhast ja poolkoksist. Poolkoksi ja teiste kivimite (nt püriidi ja kvartsi) segust on valmistatud kivivilla. Kuna kasutatavad kogused on väiksed, pole sel alal poolkoksi kasutamine kuigi tasuv. Majanduslikult kasulik poolkoksi kasutamine oleks põletada seda spetsiaalsetes kateldes ning kasutada saadavat soojust tööstuses või elektri tootmiseks. Põhiline protsess on poolkoksistamine, mille käigus õhu juurdepääsuta kuumutamisel poolkoksi orgaanilise osa ei lagune lõpuni, mistõttu ta sisaldab rohkem orgaanilist ainet kui koks. Põlevkivi võib toorainena kasutada nii keemiatööstuses kui ka põletada energia saamiseks. Poolkoks on mõlema tootmise käigus saadav jääde. Põletamisega paralleelselt areneb ka põlevkiviõli tootmine. Iga tööstusega tekivad jäätmed, mida on vaja kõrvaldada, töödelda või ladestada. Ida-Virumaa kandis on maastikul hästi näha suured musta värvi mäed, mida rahvasuus kutsutakse küll tuhamägedeks, kuid mis tegelikult on poolkoksimäed. Jäätmete ladustamine tööstusjäätmete prügilatesse algas Kohtla-Järvel 1938. aastal ja Kiviõlis 1970ndate keskel. Poolkoksi tekib aastas juurde 600 000 tonni. Juba 2003. aastaks olid Ida-Virumaal ladestatud väga suured poolkoksimäed. Nende kõrgus ületas 100 meetrit ning oli pindalaga 200 hektarit, mis tähendab umbes 75 miljonit tonni jäätmeid. Eesti põlevkivil on suur hapnikusisaldus ning orgaanilise aine struktuuri poolest fenoolsete ühendite sisaldus suurem võrreldes teiste kütustega. Seetõttu on poolkoks keskkonnale ohtlikum kui tavaline põlevkivituhk. Samal põhjusel toimub põhja- ja pinnavee reostamine ning aeg-ajalt ka mägede isesüttimine. Uurimistööd näitasid, et vastavalt mägedest leitud materjali koostisele võib väita, et temperatuurid on ulatunud kohati üle tuhande kraadi. Hetkeseisuga puuduvad katsetustega kindlaks tehtud andmed poolkoksi mõjust inimeste tervise, kantserogeensuse, mutageensuse ja teratogeensuse kohta. Poolkoks kuulub ohtlike jäätmete hulka, kuid see lähtub Euroopa Liidu direktiividest, kus põlevkiviga seotud jäätmed puuduvad loetelus. Eesti Keskkonnauuringute Keskuse 2009. aasta uuring käsitles poolkoksi toksilisust vee-elustikule. Selles leiti, et värske poolkoks avaldab kahjulikku toimet, mis on piisav tingimus, et määrata poolkoksi ohtlike jäätmete hulka. Vaatamata sellele, et 10-aastane poolkoks sellist toimet ei avalda, ei piisa sellest poolkoksi arvamiseks tavajäätmete hulka. Edaspidi jätkavad uuringuid jäätmetekitajad. Praegusel ajal on võimalik poolkoksi ladustada kahel viisil: märgladestustehnoloogia ja kuivladestustehnoloogia järgi. Pärast generaatorist väljumist sisaldab poolkoks väga palju ohtlikke orgaanilisi aineid (fenoolid, naftaleenid, polüaromaatsed ühendid jne). Uuringutest selgus, et poolkoks, mis on ladestatud kuivladestustehnoloogia järgi, on keskkonnale oluliselt ohutum. Selle ladestustehnoloogia tulemusi võib kohata Kohtla-Järvel ja Kiviõlis. Väga suurt rolli mängib gasifitseerimisrežiim, mille parandamisega võiks vähendada orgaanilise aine sisaldust poolkoksis, kuid see ei lahenda probleemi. Poolkoksi põletatakse kolletes, mis võivad olla eritüüpi. Näiteks põletamist restküttekolletes ja tolmküttekolletes peetakse tehniliselt ja majanduslikult ebaefektiivseks. Võrdluseks eelmistega võiks nimetada keevkihikolletes põletamise. Selle eelis on see, et tekkivas tuhas on väiksem saasteainete sisaldus. Poolkoksi põletamisel seostub vääveldioksiid tahkesse faasi, mis vähendab õhusaastamist. Eespool nimetatud tehnoloogiad vaid vähendavad mõju keskkonnale, kuid ei lahenda poolkoksijäätmete probleemi täielikult. Poolkoksimägede olemasolu ohustab meie ümbritsevat keskkonda mitut moodi. Kõige olulisemaks peetakse veereostust, millega seostub suurema hulga ohtlike ainete keskkonda jõudmine. Probleeme valmistavad ka poolkoksi põletamisel tekkivad gaasid. Varasem poolkoksi mägedena ladestamine tekitas suurt ohtu pinnaveele. Nii tekkis otsene poolkoksi ja vee kontakt, mille tõttu tekkis suurtes kogustes orgaaniliste ainete jääkidega reostunud pinnavett. Õlitööstuses reostunud vee puhastatakse biopuhastusseadmetes, pärast juhitakse heitvesi kollektori kaudu merre. Kui rääkida Kohtla-Järvest, siis poolkoksimäe nõrgvesi satub alguses Kohtla jõkke ja sealt edasi Purtse jõe kaudu merre. Nõrgveega tegeleb VKG keskkonna- ja tehnoloogiaosakond. Äravoolu kontrollitakse Lüganuse vaatluspostil ja 1 km kaugusel jõesuudmest, kus iga kuu tagant võetakse veeproove ja määratakse keemiliste ainete sisaldus, sh raskmetallid, fenoolid ja naftasaadused. VKG keskkonna- ja tehnoloogiaosakonna andmetel on Purtse jõel püsiv fenoolireostus, kuid selle tugevus sõltub aastaajast: kõige tugevam on see kevadel ja sügisel, kui vihmaveega uhutakse jäätmemäelt rohkem reoaineid. Peale poolkoksi ladestatakse poolkoksimäele ka puhastusseadmete muda, mis samuti reageerides sademetega võib reostada pinnavett orgaaniliste ühendite ja lämmastikuga. Viimaste aastate jooksul on Purtse jõe olukord siiski paranenud ja raskmetallide sisaldus on vähenenud, kuid suurenenud on plii sisaldus (2,0 µg/l). Fenoolide jõudmine jõkke on piiratud, mida kahjuks ei saa öelda naftasaaduste kohta. Jälgimaks põhjavee reostuse levikut poolkoksimägede ümbruses, oli loodud vaatluspuuraukude võrk Kohtla-Järvel, mis võimaldas süveneda ka ordoviitsiumi-kambriumi põhjaveekihtidesse. Saastunud oli Lasnamäe-Kunda veekiht tööstusterritooriumil ja jäätmevälja ümbritseval alal kuni 300–500 meetri kaugusel. Vee pH jäi vahemikku 6,9–11,3, mis oli tingitud tuha ja poolkoksi karbonaatse osise mõjust. Peamiseks probleemiks oli poolkoksi kustutamine ja laialiuhtmine kasutatud tööstusheitvee ja puhastusseadmete jäätmete abil. Iga tonni poolkoksi peale kasutati 0,8–0,9 m³ fenoole, benseeni jm sisaldavat vett, mis tähendas ainult suurenenud ohtlike ainete sisaldust nõrgvees. Toksiliste ainete hulgast olulisemateks peetakse naftasaadusi ja fenoole. Põhjavee reostuse vähendamiseks on lõpetatud vee kasutamine poolkoksi jahutamiseks ja väljauhtmiseks. Poolkoksi põletamisel eralduvad gaasid nagu CO2 ja SO2 ning lendub orgaanilisi ühendeid ja raskmetalle. Kõik need on saasteained, mis reostavad õhku. Eestis peetakse kõige problemaatilisemaks piirkonnaks Ida-Virumaad, kus on arenenud energiatööstus, mis tekitab kuni 85% lendavatest saasteainetest Eestis. Fenool (hüdroksübenseen – C6H5OH), vesiniksulfiid (H2S) ja formaldehüüd (CH2O) on peamised saasteained, mis langetavad välisõhu kvaliteeti Kohtla-Järvel. Kahjulikud orgaanilised saasteained võivad õhku sattuda poolkoksimägede nõrgveest või utmise vedelproduktide lahtistest mahutitest. Kuival ajal võib tugeva tuule tõttu poolkoksimägedest tõusev tolm samuti õhku reostada. Selle piiramiseks või õhu reostuse vältimiseks tuleb mäed haljastada. 1970. aastal hakati poolkoksimägesid haljastama ja selgus, et jäätmed ei puutunud otseselt väliskeskkonnaga kokku. Tugeva tuule mõju oli piiratud, mille tõttu ei olnud kergesti lenduvatel poolkoksiosakestel õhule ligipääsu. Praeguseks on enamik tuhamäenõlvadest roheliseks muutunud. Haljastamine on olnud tähtis nii õhusaaste vähendamiseks kui ka esteetilises mõttes. European Commission. Non-Nuclear Energy Research in Europe. 2005. Teemusk, A. Põlevkivikeemia ohtlikke jäätmeid saab taaskasutada. – Eesti Loodus, mai 2003. Hirv, D. Poolkoksi ei ole õige liigitada ohtlike jäätmete hulka. – Keskkonnatehnika, mai 2001. Poolkoksistamine. 2003.[alaline kõdulink] Pennar, K. Euroopa Liidu toel suletakse Ida-Virumaa tuhamäed. – Keskkonnainvesteeringute Keskus, juuni 2009. Otsa, E. Poolkoksi keskkonnaohtlikkuse määramine. – Eesti Keskkonnauuringute Keskus. Tallinn, 2003. Ebber A., 2000. Separation of oil shale phenols by capillary electrophoresis. Oil shale; 17: 233–240. Mõtlep, R. Composition and diagenesis of oil shale industrial solid wastes. – Doktoritöö. Tartu, 2010. Kattai, V. Põlevkivi – Õlikivi. – Eesti geoloogiakeskus. Tallinn, 2003. Kriis, K. Poolkoksimägede sulgemine hävitab 80 hektarit haljastust. – Põhjarannik, jaanuar 2007. Metsur, M. Viru keemia grupi uue poolkoksi prügila eelprojekti keskkonnamõju hindamine. – Viru Keemia Grupp. Tallinn, 2005. Liblik, V., Rätsep, A. VKG Oil AS tehnoloogiliste protsesside keskkonnamõju hindamise aruanne. – TÜ Ökoloogia Instituudi Kirde-Eesti osakond. Jõhvi, august 2008. R. Mõtlep, K. Kirsimäe, P. Talviste, E. Puura, J. Jürgenson. Mineral composition of Estonian oil shale semi-coke sediments. Oil shaile, 2007.