Tartu Ülikooli teadlased juhivad kahte projekti haruldaste muldmetallide tõhusate eraldusmeetodite väljatöötamiseks, mille eesmärk on muuta nende väärtuslike materjalide toorainest ammutamise viisi. Edu võib elavdada Eesti majandust, sest haruldased muldmetallid on olulised komponendid magnetites, mikrokiipides, arvutites, elektrisõidukites, robootikas ja taastuvenergiasüsteemides.
Mõlemad projektid algasid selle aasta alguses. Esimest, mida juhib Tartu Ülikooli keemiainstituudi professor Enn Lust, nimetatakse “Haruldaste muldmetallide ekstraheerimine looduslikest maakidest ioonsete vedelike abil”. Projekti eelarve on ligi 1,4 miljonit eurot, see algas jaanuaris ja kestab 2028. aasta lõpuni. Teine kannab nime “Haruldaste muldmetallide elektrokeemiline sadestamine ja nanopulbri tootmine” ning selle eelarve on umbes 560 000 eurot. Füüsikalise keemia osakonna teaduri Ove Olli juhtimisel algas see samuti jaanuaris ja lõpeb aastal ’26.
Kuigi ametlikult eraldi, ütles Lust, et mõlemad esindavad “ühte ühist projekti, mis on kunstlikult jagatud kaheks osaks”, kuna haruldasi muldmetalle ei ole võimalik ladustada ilma uudseid ekstraheerimis- ja eraldamismeetodeid kasutamata.
“Tema projekt on lähtepunkt, kus saad tooraine, teed esialgse puhastamise ja eraldamise keemiliselt,” selgitas Oll. “Alustan kontsentreeritumast materjalist, eraldades kõik need elemendid ükshaaval elektrokeemilise sadestamise abil.”
Innovatsiooni edendamine 354 miljoni euroga õiglase ülemineku fondist
Kaksikprojekte on rahastatud Eesti õiglase ülemineku fondi (JTF) kaudu, mis on investeerinud ELi õiglase ülemineku fondist 354 miljonit eurot, et toetada investeeringuid Ida-Virumaa majandusse Kirde-Eestis, mis on pikka aega olnud mäetööstuse, tootmise ja haruldaste muldmetallide töötlemise keskus.
Projektid olid kaks 22-st, mis anti Tartu Ülikooli ja Tallinna Tehnikaülikooli (TalTech) uurimisrühmadele, kes mõlemad on esindatud Ida-Virus: TalTechil on Virumaa kolledž Kohtla-Järvel, Tartu Ülikoolil aga Narva kolledž Narvas.
Nagu Oll märkis, on õiglase ülemineku fond suunatud Euroopa piirkondadele, kus varem on toodetud fossiilkütuseid, kuid kus tootmine väheneb ja vaja on uusi ideid. Ida-Viru sobib arvele, sest selle tööstused on tegutsenud juba sajand või rohkemgi. Ida-Viru on ka tegevuse kasvulava. See on Silleti kodu Sillamäel, haruldaste muldmetallide töötlemisega tegelevas ettevõttes, mille omanik on Torontos asuv New Performance Materials. Samuti investeerib NPM 100 miljonit eurot magnettehase ning teadus- ja arenduskeskuse rajamiseks Narvas. Õiglase ülemineku fond on projekti investeerinud ligikaudu 18 miljonit eurot.
“Euroopa infrastruktuuri jaoks on ülioluline toota selliseid tehnoloogilisi ressursse,” ütles Oll. Tartu Ülikoolis arendatavate tehnoloogiate üheks võimalikuks kasutajaks võiks olla Ida-Viru ettevõte või ettevõtted, märkis ta. Õiglase ülemineku fondist rahastatavad projektid lõpevad 2029. aastaks ning peale teadusartiklite ja uute doktorantide on olemas ka kaubanduslik väljund.
“Kandidaate, kellega saame koostööd teha, on palju,” ütles Oll, “ja Ida-Virumaal on palju metallidega tegelevaid ettevõtteid. Peaasi, et tootmine toimuks Ida-Virus.”
Vasakult Enn Lust, Silvester Jürjo, Ove Oll, Georg Gorbatovski ja Jinfeng Zhao. Foto autor Priit Möller.
Haruldaste muldmetallide otsimine
Kõnealuste haruldaste muldmetallide nimed võivad mõnedele olla tundmatud. Seal on lantaan, pehme, hõbedane valge metall; tseerium, sarnaselt pehme, hõbedane metall; neodüüm, raskem, kuid tempermalmist ja ka hõbedane; ja ytrium, hõbedane-metalliline metall. Neid metalle kasutatakse kaasaegse tehnoloogia erinevates valdkondades, näiteks vesiniku salvestusseadmetes, supermagnetites ja alalisvoolumootorites, mis on tuuleturbiinide ja elektriautode komponendid.
Nende metallide ekstraheerimise protsessid on olemas, kuid nõuavad palju samme ja tuginevad lahustitele ja spetsiifilistele mõnikord jahutud materjalidele, mis on keskkonnale rasked, mis on üks põhjus, miks Hiina, kus keskkonnastandardid on vähem ranged, on tõusnud selliste metallide juhtivaks pakkujaks.
Olli sõnul on tooraine Eestis töötlemiseks olemas. Need võivad olla kodumaised toorained nagu Eesti fosforiidimaagi kaevandamise tööstuse jäätmed või NPM Silmetis imporditavad ja töödeldavad materjalid. Nüüd on väljakutseks rakendada uusi lähenemisviise huvipakkuvate metallide ekstraheerimiseks nendest materjalidest keskkonnasõbralikul viisil, vähendades samal ajal kaevandamiseks vajalike sammude hulka. Tartu Ülikooli töörühm on selliste meetoditega aastaid tegelenud ja töötab nüüd selle nimel, et neid edasi arendada.
Kavandatavas lähenemisviisis on kesksel kohal tarnijatega või Tartus kohapeal sünteesitud ioonsete vedelike ja ioonsete vedelate segude kasutamine, millele järgneb elektrokeemilise ekstraheerimise tehnika rakendamine. Viimane tugineb metallist vismuti kasutamisele pinnana, millele haruldased muldmetallid ladestatakse ja moodustavad sulameid. Neid sulameid kuumutatakse seejärel puhtas vesinikus, et taaskasutada vismutit ja toota haruldasi muldmetallide pulbreid. Ekstraheeritud haruldasi muldmetalle saab seejärel kasutada näiteks tahkeoksiidkütuseelementide, hübriidsete superkondensaatorite, otseste metanooli kütuseelementide ja õhukesekileliste H2 salvestusseadmete tootmiseks.
Haruldaste muldmetallide puhastamine vähemate astmetega
Oll märkis, et Tartu Ülikoolis arendavad teadlased ka kõrgtemperatuurilisi elektrolüüsirakke, mis toetuvad sellistele haruldastele muldmetallidele. Ühe seadme valmistamiseks võib kuluda viis haruldast muldmetalli ja metallid peavad olema väga puhtad, et seadmed oleksid kauakestvad ja elujõulised.
“Lihtsalt 99-protsendiline puhtus võib olla kohutav, sest kui 1 protsent on kroom või ränidioksiid, siis see ei toimi,” ütles Oll. “Puhtus peab olema äärmiselt kõrge ja seetõttu on selle saavutamiseks olnud vaja uudseid kaheastmelisi keemilisi eraldus- ja elektrokeemilisi sadestustsükleid.”
Ta märkis, et Tartu Ülikoolis välja toodud lähenemised ei tugine fluoritud materjalidele ja kasutavad vähem samme kui traditsioonilised meetodid. “Uudse keemiakäsitlusega saab sammude arvu vähendada, sest see on spetsiifilisem,” ütles Oll.
Ideaalis hõlmaks protsess umbes tosinat elektrokeemilist eraldamist. Siiski ütles ta, et väljakutseid on, kuna metallid on sarnased. “Sa pead suutma teha vahet kahel väga sarnasel elemendil, et sa saaksid neid eraldada,” ütles ta.
Praegu, kuid mõlemas projektis, on Oll enda sõnul põhimõttelise tõestuse staadiumis. See, kuidas väljatöötatud meetodeid lõpuks rakendatakse, sõltub siiski sellest, milline on lähtematerjal. Kui Eesti valitsus otsustaks taasalustada fosforiidimaagi kaevandamist ja töötlemist, siis võiks seda pidada tooraineallikaks. Kuid teiseks kandidaadiks on tööstusjäätmed, mida toodetakse nii Eesti-siseselt kui ka materjalina, mida oleks võimalik importida.
“Paljudes erinevates maakides üle maailma on haruldasi muldmetalle, kuna eraldamine on liiga kallis,” ütles Oll. “Meil võib olla rohkem ressursse, mida haruldaste muldmetallide puhul kaaluda.”
Selle artikli on kirjutanud Justin Petrone. Artiklit rahastas Euroopa Regionaalarengu Fond Eesti Teadusagentuuri kaudu.
Kas olete huvitatud uue energia või muude DeepTechi kategooriate kasutamisest? Broneeri aeg e-konsultatsiooni vahendusel, et rääkida oma isikliku investeerimisnõustajaga.
Toimetuselt: selle artikli eesmärk oli näidata, millised suurpettused on Eestisse kavandatud.
