Fraunhofer ISE: Dimethylether kann Gamechanger für die Wasserstoffwirtschaft werden
Für die Energiesicherheit und die Erreichung der Klimaschutzziele wird Deutschland in Zukunft große Mengen an Wasserstoff importieren. Ein aussichtsreicher Energieträger für Wasserstoff und dessen Derivate ist das umweltfreundliche, ungiftige, effiziente und wirtschaftlich attraktive Gas Dimethylether (DME). Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat ein neues, besonders energiesparendes Synthese-Verfahren zu dessen Herstellung entwickelt, das zum Gamechanger der DME-Produktion und somit der Wasserstoffwirtschaft werden kann.
Im internationalen Projekt »Power-to-MEDME« wurde auf dieser Grundlage die gesamte Prozesskette für eine großskalige Produktion von Methanol und DME in Chile erforscht.
»Dimethylether ist der hidden Champion der Wasserstoffwirtschaft, nicht nur weil er eine deutlich höhere volumetrische Energiedichte als das bisher meistens verwendete Ammoniak aufweist und damit ein idealer Kandidat für den Import ist. Er ist zudem in Bereichen wie der Chemieindustrie und dem Transportsektor als Plattformmolekül eine erneuerbare Alternative für fossile Ausgangsstoffe«, erklärt Dr. Elias Frei, Bereichsleiter Wasserstoff am Fraunhofer ISE. Das Institut will daher in einem neuen Leitthema gemeinsam mit der Industrie neue DME-Anwendungen und Marktentwicklungen vorantreiben, die durch aktuelle Forschungsergebnisse ermöglicht werden.
Der DME-Markt, der aktuell bereits mehr als 5 Mio Tonnen/Jahr umfasst, wird aufgrund der neuen Anwendungen (z.B. Zumischung in Liquified Petroleum Gas, LPG, und Plattformmolekül für Kraftstoffe) um ein Vielfaches wachsen. »Der globale LPG-Markt umfasst etwa 200 Millionen Tonnen pro Jahr. Hinzu kommt unter anderem der Markt zur Herstellung von Sustainable Aviation Fuels, der für das Jahr 2050 auf bis 400 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt wird. Dies zeigt das enorme Potenzial von DME«, erläutert Dr. Achim Schaadt, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte.
Neues Verfahren revolutioniert Herstellung
DME ist kein unbekanntes Gas: Vielen ist es als Treibgas in Deodorants bekannt, auch als Lösungs- und Kühlmittel wird es bereits eingesetzt. Die Herstellung von DME erfolgt aktuell jedoch über ein aufwändiges und energieintensives Verfahren, was die Gesamteffizienz der Umwandlung von erneuerbarer Energie in DME reduziert. Hier setzt das am Fraunhofer ISE entwickelte INDIGO-Verfahren an: durch gleichzeitig stattfindende Synthese und Destillation wird der Prozess enorm vereinfacht, was die Effizienz steigert und die Kosten gegenüber dem konventionellen DME-Syntheseverfahren um mehr als ein Viertel senkt. Der Energiebedarf des Verfahrens ist geringer, da die durch die Reaktion freigesetzte Wärme direkt in die Destillationskolonne einfließt – als energiearmes Verfahren ist es so insbesondere für abgelegene Regionen geeignet. Im Importland kann DME dann z.B. in einer Dampfreformierung mit einer maximalen Ausbeute zu Wasserstoff zurück gespalten werden. Im Forschungsprojekt »Power-to-MEDME« zeigte sich, dass in allen sechs analysierten Fällen das INDIGO-Verfahren günstiger ist als die konventionelle Referenz. Für die Simulation der Prozesse und der Prozesskette kam das Tool Syn2X zum Einsatz. Somit konnte der dynamische teillastfähige Betrieb der Methanolanlage modelliert werden, um so praxisnahe Betriebsdaten unter fluktuierenden Lastbedingungen zu erhalten.
DME-Produktion für Chile geplant
Das internationale Forschungsprojekt »Power-to-MEDME« will mit Hilfe des neuen INDI-GO-Verfahrens das Potenzial Chiles für die Produktion CO2-neutraler Energieträger er-schließen. Dafür wurden in diesem Projekt die Voraussetzungen geschaffen. Der nächste Schritt ist die Errichtung einer Pilotanlage zur Produktion von grünem Methanol und DME im Megawatt-Bereich.
Das Forschungsteam begleitet dieses Projekt durch Analysen aller Prozessschritte sowie Materialentwicklung und -untersuchungen. Ziel ist dabei die weitere Kostensenkung durch die Effizienzsteigerung und optimierte Integration verschiedener Einzelprozesse.
Welche Standorte in Chile für die erneuerbare Stromerzeugung und für den Aufbau einer großskaligen Produktion grüner Wasserstoffderivaten besonders geeignet sind, hat das Fraunhofer ISE mit einer Standortanalyse untersucht. Großes Potenzial weist demnach die Region Antofagasta im Norden des Landes auf, die heute bereits so hohe Überschüsse an Solarstrom (aus Photovoltaik und konzentrierender Solarthermie) produziert, dass dessen Netzeinspeisung gedrosselt werden muss. »Neben der effizienteren Nutzung des Stroms und der Wertschöpfung vor Ort trägt das Projekt auch durch Know-how-Transfer zur Entwicklung der Region durch deutsche Technologie bei«, erklärt Robert Szolak, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Robert Szolak: robert.szolak@ise.fraunhofer.de
Achim Schaadt: achim.schaadt@ise.fraunhofer.de
Weitere Informationen:
https://www.ise.fraunhofer.de/de/leitthemen/dimethylether-dme.html
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