Hohe volumetrische Energiedichte
Dimethylether als aussichtsreicher Wasserstoff-Träger
Das Fraunhofer ISE hat ein energiesparendes Syntheseverfahren für das Gas Dimethylether entwickelt. Das Gas ist ein aussichtsreicher Wasserstoff-Träger, weil es unter anderem eine höhere volumetrische Energiedichte als beispielsweise Ammoniak hat.
Druckdestillationskolonne: An zehn Probenahmestellen kann die Flüssigphasen-Zusammensetzung analysiert und so das Kolonnenprofil bestimmt werden.
Fraunhofer ISE / Foto: Joscha Feuerstein
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat in einem internationalen Projekt auf Grundlage des eigens entwickelten Dimethylether-Syntheseverfahrens (DME) 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 Institut.
Warum brauchte es ein neues Verfahren?
Aktuell wird DME über ein aufwändiges und energieintensives Verfahren produziert, was die Gesamteffizienz der Umwandlung von erneuerbarer Energie in DME reduziert. Hier setzt das vom Institut entwickelte Verfahren an: durch gleichzeitig stattfindende Synthese und Destillation wird der Prozess 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 beispielsweise in einer Dampfreformierung mit einer maximalen Ausbeute zu Wasserstoff zurückgespalten werden. Das Institut konnte während des internationalen Projekts außerdem den dynamischen teillastfähigen Betrieb einer Methanolanlage modellieren, um so praxisnahe Betriebsdaten unter fluktuierenden Lastbedingungen zu erhalten.
Den Überschuss erneuerbarer Energien auffangen
DME wird bereits als Treibgas in Deodorants sowie als Lösungs- und Kühlmittel eingesetzt. Der Markt für das Gas, der aktuell bereits mehr als 5 Mio. t/a umfasst, wird voraussichtlich aufgrund neuer Anwendungen wie dem Zumischen in Liquefied Petroleum Gas (LPG) und als 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.
Nun will das Institut mit den Erkenntnissen und dem Syntheseverfahren das Potenzial von Chile für die Produktion CO2-neutraler Energieträger erschließen. Großes Potenzial für die erneuerbare Stromerzeugung und für den Aufbau einer großskaligen Produktion grüner Wasserstoffderivate weist laut dem Institut die Region Antofagasta im Norden des Landes auf. Diese produziert bereits so hohe Überschüsse an Solarstrom aus Photovoltaik und konzentrierender Solarthermie, dass dessen Netzeinspeisung gedrosselt werden muss. Der nächste Schritt ist, eine Pilotanlage zur Produktion von grünem Methanol und DME im Megawatt-Bereich zu errichten.
