Rohepöördega maa alla — Eesti geoloog

Eesti geoloogiline ehitus

Eesti kivimid võib geoloogilise ehituse vaates laias laastus jagada kaheks põhiliseks üksuseks:

1) settekivimitest koosnev 360–540 miljoni aasta vanune pealiskord
2) moonde- ja tardkivimitest koosnev 1500–2000 miljoni aasta vanune aluskord.

Joonis 1. Fennoskandia kilp vs. Ida-Euroopa platvorm[1]

Need kaks üksust moodustavad kivimitest koosneva kompleksi ehk aluspõhja. Olemaks korrektne: pealiskorra alla arvatakse ka settekivimite peal lasuv pudedaist setenditest koosnev pinnakate ehk Kvaternaari setted. Oma olemuselt on tegu liiva, savi, kruusa, moreeni ja turbaga, mis tekkisid viimase jääaja ja sellele järgnenud aja jooksul.

Olulised aspektid, mida pealiskorra settekivimite osas meeles pidada: see avaneb meil maapinnal kohe pinnakatte all ning koosneb eranditult üldlevinud settekivimitest, nagu näiteks lubjakivid, liivakivid, põlevkivid, fosforiit, savikivid ja nende peamiste kivimite kõikvõimalikud alamklassid. Oluline on siinpuhul ka ära märkida, et kogu meil Eestis kasutatav põhjavesi on seotud nendesse settekivimi kihtidesse ja nende peal lasuvasse pinnakattesse, seega on tegu sõna otseses mõttes Eesti joogivee allikaga.

Olulised aspektid, mida aluskorra osas meeles pidada: maapinnal antud kompleksi kivimeid ei paljandu ja need on kõikjal Eestis kaetud sadade meetrite paksuse pealiskorraga. Aga võib leida näiteid aluskorrast maapinnal meil laialt levinud rändrahnude näol. Need küll pärinevad Soome lahe tagant (kantud siia viimase jääajaga), kuid on laias laastus sama olemusega nagu meie aluskord. Rahvakeeli tembeldatakse seda tüüpi kivimeid meil siin Eestis graniidiks, geoloogiliselt ei ole see kohe kuidagi korrektne (graniit on vaid üks tardkivimi vorme), kuid graniit võtab minu arust aluskorra olemuse üpris hästi üldistades kokku. Ehk siis võrreldes peamiselt settekivimitest koosneva pealiskorraga on aluskorra näol tegu väga kõva, vastupidava ning tiheda keskkonnaga.

Kui oled juhtumisi sõitnud laevaga Soome või Rootsi, oled oma silmaga meie aluskorda ka seal näinud. Kuna Skandinaavia näol on geoloogiliselt tegu kilbi alaga (st puuduvad settekivimid ja paljanduvad aluskorra moonde- ning tardkivimid), siis see on väga heaks näiteks, mõistmaks, mis meil ka siin Eestis olemas on, kuigi omajagu sügavamal ja kaetud mitmesaja meetri paksuse settekivimitest koosneva pealiskorraga. Sellest duaalsusest tulenevalt kutsutakse Eestit geoloogiliselt platvormi alaks. Visualiseerimaks Eesti geoloogilist ehitust olen ma siia toonud juurde ka ühe hea lihtsustatud läbilõike (Joonis 1), kus on seesama Fennoskandia kilbi (kus asuvad Soome, Rootsi ja Norra) vs. Ida-Euroopa platvormi (kus asub Eesti) loogika visualiseeritud.

Eesti aluskorra kasutusperspektiivid

See eelpoolkirjeldatud geoloogilise ehituse duaalsus paneb paika laias laastus ka raamid reale rohepöördega otseselt ja kaudselt seonduvatele lahendustele ning nende rakendamise võimalustele Eestis. Järgnevalt käsitlen lühidalt kahte otseselt ja kahte kaudselt seotud kasutusperspektiivi. Ma ei hakka laskuma nende tehnoloogiate tehnilistesse peensustesse, vaid püüan nii-öelda maakeeli ja lühidalt ära seletada iga tehnoloogia olemuse ning selle sobitumise Eesti geoloogilisse taustsüsteemi.

Energiasalv ehk pump-hüdrosalvesti (PHS)

Tuule- ja päikeseenergia tootmine sõltub ikka sellest, kunas päike paistab ja tuul puhub, samuti on kogu säärane energiatootmine hetkel veel ühendatud otse elektrivõrku ja läheb seetõttu joonelt tootmisest tarbimisse. Paari tuuliku või päikesepaneeliga ei olegi suurt probleemi, sealt toodetav energia võibki otse tarbimisse minna, mure on pigem selles, et kui soovime suuremal määral üle minna eelpool mainitud taastuvenergia liikidele, on vaja tootmise stabiilsuse tagamiseks (juhuks kui päike ei paista või tuul ei puhu) seda energiat ka kuidagi salvestada. Üheks maailmas juba tegelikult pikalt kasutuses olevaks meetodiks on energia salvestamine, kasutades selleks vett, st pumbata taastuvenergia allikatest elektri tootmise ajal mingi kindel kogus vett kõrgemasse punkti ning lasta soovi korral see gravitatsiooni jõul voolata mõnda madalamasse punkti. Pannes alumisse punkti turbiinid, ongi võimalik läbi vee liikumise sealne kineetiline energia elektriks konverteerida ja nii-öelda talletatud energia välja võtta. Sedasorti hüdroenergial põhinevaid akusid on maailmas rajatud aastakümneid ja selles ei ole enam midagi uuenduslikku. Samas on selle tehnoloogiaga aku rajamise üheks alustingimuseks suurte kõrguste vahede olemasolu ehk siis vaja on mägesid. Eestis kahjuks selliseid võimalusi ei eksisteeri ja kuna vesi õhus ei ripu, siis on järgmiseks loogiliseks võimaluseks kõrguste vahe tekitamiseks loomulikult minna alla ehk maa alla. Sedasorti lähenemine võimaldab rajada PHS-jaamu ka asukohtades, kus mägesid ei ole, ning kasutada ülemise veereservuaarina looduslikke veekogusid (Joonis 2), kuid sel juhul tuleb mängu uus oluline alustingimus, geoloogia.

Joonis 2. Maa-aluse PHS-i lahendus Paldiskis[2]

Maa-aluse veereservuaari rajamiseks on vaja ehituskeskkonda, mis oleks stabiilne (et tekitatud tühimikud kokku ei variseks) ja oleks võimalikult vettpidav (et pumbatav vesi ei satuks kokku põhjaveega ning põhjavesi ise ei tungiks sisse tekitatud tühimikku). Eesti geoloogilise ehituse duaalsusest tulenevalt saab üpris lihtsalt tuletada, et sääraste maa-aluste PHS-reservuaaride rajamiseks on sobilik just nimelt meie moonde- ja tardkivimitest koosnev aluskord. See on küll omajagu sügaval, kuid sellest ei ole iseenesest probleemi, kuna kõrguste vahe tekitamiseks on vaja sügavale minna niikuinii. Kuna aluskorrakivimid on väga tugevad ja tihedad, siis löövad nad eelpool mainitud ehituskeskkonna kaks nõudmiste kärbest ühe hoobiga. Aluskorra kasutamisel ehituskeskkonnana on tagatud nii stabiilne püsivus kui ka veepidavus ning eraldatus pealiskorra settekivimites levivatest põhjaveekihtidest.

Üheks ilmselgeks „elevandiks toas“ on antud juhul niivõrd sügavate kavernide rajamise suur kulu. Jaama rajamiseks tuleb esmalt läbistada sadu meetreid vertikaalšahte, need pealiskorra settekivimite osas korralikult isoleerida ja peale seda kaevata aluskorda rida suuri kaverne, et ära mahutada nii PHS-i tehnika, kui ka alumine veereservuaar. Sellise lahenduse puhul tulebki appi võtta hübriidsed lahendused, nimelt tehes asukohavaliku kohta, kust aluskorra moonde- ja tardkivimitest on võimalik saada hea kvaliteediga ehituskillustikku ning vähemalt osa rajamiskuludest katta selle müügist saadud tuludega.

Geotermaalenergia

Geotermaalenergia valdkond kasutab ära maapõues esinevate radioaktiivsete elementide lagunemisest ja Maa tekkimisel kivimitesse salvestunud soojusenergiat. Eestis ei ole geotermaalenergia ehk maasoojuse kasutus midagi uut. Viimaste aastate jooksul on kokku puuritud tuhandeid kaeve ammutamaks maasoojust meie kodusest maapõuest. Samas ulatuvad need kaevud mõnesaja meetri sügavusele pealiskorra settekivimitesse ja on mõeldud peamiselt üksikehitiste (elu- või tööruumid) kütmise tarbeks. Kahtlemata on ka madala maasoojuse ärakasutamisel oma roll rohepöördele kaasaaitamiseks, kuid reaalseks hüppeks on vajalik ära lahendata asulate mastaapidega koosluste küttevajadused. Kuidas mängib siinpuhul rolli meie aluskord ja mis lahendusi oleks sel pakkuda?

Oluliseks aspektiks on siin geotermiline gradient, nimelt mida sügavamale maapõue liikuda, seda kõrgemaks kasvab sealsete kivimite temperatuur. Võrdluseks, temperatuur 200 m sügavusel madalas kaevus on ligikaudu 6–8 kraadi, keskmise sügavusega kaevu puhul 2000 m peal 30 kraadi ja ülisügava kaevu puhul ligikaudu 5000 m peal 65 kraadi. Nagu geoloogias ikka, ei ole ka Eesti aluskord geotermaalenergia potentsiaali vaates ühtlaselt samataoline. Nimelt eristub muidu ühtlasest foonist selgelt Kirde-Eesti, kus temperatuuride gradiendid on anomaalselt kõrgenenud. Seal on eelduslikult temperatuurid 200 m sügavusel madalas kaevus on ligikaudu 10–14 kraadi, keskmise sügavusega kaevu puhul 2000 m peal 45 kraadi ja ülisügava kaevu puhul ligikaudu 5000 m peal 100 kraadi. Olenemata sellest piirkondlikust erisusest on teada, et sügavale Eesti aluskorda liikudes on ühest puuraugust võimalik saada kätte kordades rohkem soojusenergiat kui tavapäraste madalate settekivimitest pealiskorda ulatuvate kaevude korral. See omakorda võimaldab vastavat lahendust rakendada juba palju mastaapsemate tarbijate nagu näiteks asulate teenindamiseks.

Üks oluline positiivne nüanss, mida ühtlasi silmas pidada, on see, et aluskord on ka heaks nii-öelda soojapatareiks, see võimaldab näiteks suvistel soojadel perioodidel panna rajatud kaevud tööle tagurpidi ehk siis pumbata sooja tagasi maapõue ning kasutada süsteemi hoopis ruumide jahutuseks. Selline kombinatsioon talvel sooja võtmisest ja suvel tagasipanekust võimaldab tõsta aluskorda ulatuvate geotermaalkaevude efektiivsust ning rakendada neid rohepöördeks ka ajal, mil toasooja vaja ei ole.

Kasutatud tuumkütuse lõppladestus

Tuumaenergeetika haarab positiivseid aspekte nii taastuvenergia tootmise kui ka hetkel domineerivate fossiilsete kütuste poolelt. Sarnaselt taastuvenergiaga võimaldab tuumaenergia toota elektrit praktiliselt CO₂-vabalt ja sarnaselt fossiilsetel kütustel põhinevate elektrijaamadega töötada vastavalt vajadusele igal ajal (st olla elektritarbimise baaskoormuse tagajaks). Olgugi et tuumaenergial on maailmas häälekas vastuseis, võimaldab eelpool kirjeldatud ainulaadne positsioon käsitleda tuumaenergeetikat kui väga perspektiivset rohepöörde saavutamise tööriista. Samas on üheks suureks murekohaks kasutatud tuumkütuse lõppladestamine, mis vajab keskkonda, mis oleks ohutu, stabiilne ja biosfäärist eraldatud mitmeteks tuhandeteks aastateks.

Joonis 4. Kasutatud tuumkütuse lõppladestamine puurauku[4]

Ka sel puhul on aluskord meile vägagi perspektiivseks võimaluseks, mida kaaluda, et lahendada tuumaenergeetika üks suurimaid pudelikaelu – tekkinud jäätmete lõppladestamine. Tehniliselt on ladestamist võimalik teostada kahte peamist tehnoloogilist meetodit kasutades. Konventsionaalseks meetodiks on siinkohal meetod, kus sarnaselt PHS-ile rajatakse mitmesaja meetri sügavusele aluskorda vertikaalsed šahtid koos kambritega, mida saab kasutada jäätmete ohutuks lõppladustamiseks. Viimastel aastatel aktiivselt arendatud innovaatiliseks meetodiks on lahendus, kus suuremahulist kaevandustegevust ei olegi vajalik teostada. Šahtide ja kambrite kaevandamise asemel puuritakse sügavale > 1500 m aluskorda puurauk (Joonis 4), mida pidi on võimalik viia tuumajäätmed puuraugu põhja ja sulgeda need sel viisil igaveseks aluskorra kivimitesse.

Nii esimene kui ka teine võimalik lahendus on Eesti tingimustes tehniliselt teostatav. Kombinatsioon kohalikust tuumajaamast ja tekkinud jäätmete ladustamisest sügavale aluskorda võiks ju olla üks tõsiselt kaalumist väärt mõte, et rohepöördele Eestis kaasa aidata.

Vesiniku suuremahuline hoiustamine

Üks alternatiiv taastuvatest allikatest toodetud energia salvestamiseks on toota sellest vesinikku. Selline lähenemine võimaldab hiljem vesinikku talletatud energiat kasutada, siis kui selleks vajadus peaks tekkima. Vesiniku vaates räägitakse peamiselt fossiilsete transpordikütuste asendamisest, sarnaselt PHS-lahendustele on vajalik tekitada vesiniku hoiustamiseks ohutud ja suuremahulised reservuaarid. Siinkohal ei ole seos rohepöördega küll otsene, kuid see pakub alternatiivseid võimalusi ohutuks vesiniku hoiustamiseks, mis omakorda toetaks suuremamahulist tootmist, mida kahtlemata transpordisektori fossiilsetest kütustest vabastamiseks vaja on. Sarnaselt PHS-ile on ka siin vajalik läheneda asjale hübriidselt ja katta suuri rajamiskulusid kaevandatud materjali müügiga.

Eelduslikult arenevad rohepöörde kulgedes edasi ka mitmed CO₂ püüdmise tehnilised lahendused, seega vajalik on lahendada ka selle ladustamise küsimused. See perspektiiv on küll omajagu küsitav, kuid kes teab, ehk ka sarnaselt vesinikuga võib tulevikus meie aluskord pakkuda võimalusi CO₂ ladustamiseks?

Käimasolevad uuringud ja tegevused

Eelpool toodud perspektiivid on ju igati toredad ja loomulikult on põhjendatud ka küsimus, mis see kõik maksaks ja kas see ka üldse ära tasub? Sedasorti küsimustele on praegusel hetkel mul kahtlemata keeruline, kui mitte võimatu vastata. Küll aga on siinpuhul hea ära märkida, et mitmete nende aspektide väljaselgitamisega meil siin Eestis ja ka lähiriikides juba tegeletakse. Eelpool toodud lühiülevaate näol ei ole tegu pelgalt fantastikaga, need on reaalse perspektiiviga käimasolevad arendused, millest loodetavasti tulevikus Eesti rohepöördele hoogu saab juurde antud.

Paldiski PHS-i projekti raames läbi viidud ehitusgeoloogiliste uuringute käigus leidsid lahenduse mitmed küsimused ja jaama projekteerimine on nende alusel nüüdseks ka lõpule viidud. Energiasalv Pakri plaanide järgi peaks jaam ehitusse minema juba järgmisel aastal ja tegema oma esimesed energiasalvestused aastal 2029.

Aluskorda ulatuvat geotermaalenergiat meil siin Eestis veel ei arendata, kuid meie üle lahe sõbrad Soomest on juba Espoo külje alla jõudnud ära puurida oma esimese 6,5 km sügavuse kaevu, mis plaanitakse lülitada linna soojavõrku juba sel aastal.

Selle aasta alguses valmis Fermi Energiale eelhinnang tuumajäätmete sügavatesse Eesti aluskorra puuraukudesse ladestamise perspektiivsusest, tulemused olid paljulubavad ja aspekte, mis selle võimaluse välistaksid, ei avastatud.

Gaaside ja teiste fossiilsete kütuste ladustamine vanadesse kaevandustesse või allmaatühimikesse ei ole midagi uut. Sellega on tegeletud juba aastakümneid ja nüüdseks on üle maailma hakatud tõsisemalt vaatama ka vesiniku hoiustamise võimalusi. Samas tuleb tõdeda, et hetkel peetakse perspektiivikamaks soolaformatsioonidesse rajatavaid lahendusi kuna nende ehitust on võimalik teostada ilma vajaduseta teha suuremahulisi kaevandustöid. Soola formatsioone meil siin Eesti maapõues ei leidu, seega kas meie aluskorda saaks selles valguses kasutusse võtta, jääb hetkel selgema vastuseta.

Kokkuvõtteks, rakenduslik geoloogia on oma olemuselt väga laiahaardeline tegevusvaldkond ega ole seotud vaid fossiilsete kütuste või maavaradega. Geoloogid ei pruugi olla rohepöörde võtmemängijad, kuid nad on oluline komponent tagamaks, et ette võetu saaks ära tehtud. Eestil ei ole kunagi olnud luksust olla olukorras, kus midagi on tulnud kätte lihtsalt, nii ei jää arvatavasti ka rohepöörde valguses muud üle, kui tõsist vaeva näha ja ennast sügavale aluskorda sisse murda. Seda kõike muidugi ikka mõistuse ja vasaraga – mente et malleo.

Autor: Hardi Aosaar*

*Olen tööalaselt olnud otseselt seotud nii Energiasalv Pakri Paldiski pump-hüdrosalvesti geoloogiliste uuringutega kui ka Fermi Energia tuumkütuse lõppladestuse perspektiivsuse eelhinnanguga.

Kasutatud allikad ja viited:

Eesti geoloogiline ehitus

Eesti aluskorra kasutusperspektiivid

Käimasolevad uuringud ja tegevused

Vastused puuduvad