Loodusteaduste valdkonnas riikliku teaduspreemia pälvinud Tartu Ülikooli kolloid- ja keskkonnakeemia professor Kaido Tammeveski töörühm tahab kütuseelementides asendada haruldase plaatina odavama rauaga ja muuta keskkonnasäästliku transpordi kättesaadavamaks.
Kui Novaator laureaadile helistas, tuli tunnustus talle üllatusena. “Suurepärane uudis! Esimest korda kuulen, keegi ei ole mind varem sellest teavitanud,” rõõmustas Kaido Tammeveski, kuuldes preemia määramisest esimest korda ajakirjanikult.
Tunnustus pälvis ta töö eest, mis on kriitilise tähtsusega ajal, mil maailm liigub süsinikuneutraalsuse poole ja transpordisektoris nähakse suurt potentsiaali vesinikuautodel. Erinevalt elektriautodest tangitakse neid minutitega ja need suudavad läbida pikki vahemaid. Ometi on teedel neid vähe. Põhjus peitub hinnas: vesinikuauto südameks olev kütuseelement vajab töötamiseks väärismetalle, mis kergitavad sõiduki maksumuse tavainimesele kättesaamatusse kõrgusse.
Professor Tammeveski tegeleb just selle majandusliku ja tehnoloogilise pudelikaela avardamisega.
“Nende autode probleem on see, et nad on liiga kallid,” selgitab Tammeveski. Ta tõi näiteks vesinikuauto Toyota Mirai, mille omadused sarnanevad tavalise keskklassi sõiduautoga, kuid hind küündib 60 000 dollarini. “Loomulikult, kui inimene peab selle eest kaks korda rohkem välja maksma, siis olgugi et ta panustab keskkonna heaks, on see summa ikkagi päris suur,” nentis professor.
Plaatina asendamine
Kõrge hinna peasüüdlane on kütuseelemendis toimuvat keemilist reaktsiooni kiirendav katalüsaator, mis koosneb tänapäeval valdavalt plaatinast. Tammeveski ja tema töörühm arendavad materjale, mis suudaksid teha sama tööd, kuid koosneksid maakoores laialt levinud ja odavatest elementidest, näiteks rauast.
Töörühma lähenemine on mitmekülgne ja leidlik. Lisaks puhta sünteesi arendamisele on nad katsetanud katalüsaatorimaterjalide tootmist tööstuslikest jääkidest. Nii on nad uurinud võimalusi kasutada lähteainena õlitootmise jääki rapsikooki, Viru Keemia Grupist pärit resortsinoolide segu ja puidutööstuse jääkprodukti ligniini. See tähendab sisuliselt odava biomassi väärindamist kõrgtehnoloogiliseks nanomaterjaliks.
Eesmärk on luua nanostruktuursed materjalid, mis ei sisaldaks üldse väärismetalle või vähendaksid nende vajadust drastiliselt. See avaks ukse vesiniku kasutuselevõtuks mitte ainult sõiduautodes, vaid ka raskeveokites, rongides ja bussides, kus akupangad jääksid liiga raskeks.
Autod ja akud
Töörühma arendatavad materjalid ei piirdu vaid vesinikuautodega. Sama põhimõte – asendada kallid väärismetallid odavamate ja jätkusuutlikumatega – kehtib ka energia salvestamise tehnoloogiates.
Professor Tammeveski tõi välja, et lisaks kütuseelementidele on neil fookuses tsink-õhk akud. Tegemist on suure energiatihedusega salvestuslahendusega, mis on paljulubav alternatiiv praegustele akudele. Mõlemad seadmed vajavad töötamiseks tõhusaid katalüsaatoreid ning Tammeveski rühma loodud lahendused aitavad muuta kättesaadavamaks nii vesinikuenergeetika kui ka uudsed akutehnoloogiad.
Stabiilsus on võtmeküsimus
Kuigi laboris saavutatud tulemused on paljulubavad, seisab teadlaste ees tõsine takistus – stabiilsus. Plaatina on väärismetall põhjusega: see on äärmiselt vastupidav ja töötab kütuseelemendi karmides tingimustes pikka aega muutumatuna. Rauapõhised alternatiivid kipuvad aga kiiremini lagunema.
“See on üks põhiprobleem meie alal, et alternatiivsed materjalid, millega me tahame plaatinakatalüsaatorit asendada, ei ole piisavalt stabiilsed,” tunnistas värske laureaat.
Töörühm keskendubki praegu nende materjalide “treenimisele”, et tõsta nii nende katalüütilist aktiivsust kui ka eluiga. Koostööd tehakse maailma tippudega, sealhulgas Iisraeli teadlastega, kes näevad tehnoloogias vaatamata raskustele suurt perspektiivi.
Teadusest tööstusse
Tammeveski töö mõju ei piirdu vaid laboriseintega. Tema käe alt sirgunud doktorandid on asunud tööle Eesti süvatehnoloogia ettevõtetesse, viies teadustöö tulemused reaalsesse majandusse.
“Võin näiteks tuua UP Catalysti – selle panid käima inimesed, kes on meie juures Tartu Ülikoolist läinud, ja seal on lausa kolm meilt saadud doktorikraadini inimest,” märgib professor. Samuti on tema õpilased jõudnud ettevõtetesse nagu Elcogen ja Skeleton Technologies.
Professorile määratud riiklik teaduspreemia on tunnustus pikaajalise töö eest – Tammeveski pälvis sama auhinna ka 2014. aastal. See näitab valdkonna püsivat aktuaalsust ja Eesti teadlaste võimekust püsida maailma tipus energiamaterjalide arendamisel. Hiljuti saatis töörühm oma uusimad tulemused retsenseerimiseks mainekasse teadusajakirja Nature, mis viitab võimalusele, et suurem läbimurre võib olla alles ees.