Dimethylether als Gamechanger für die Wasserstoffwirtschaft: Fraunhofer ISE setzt auf neues Verfahren für grüne DME-Produktion in Chile

© Fraunhofer CSETFreiburg - Deutschland wird zur Erreichung seiner Klimaziele künftig große Mengen Wasserstoff importieren müssen. Ein vielversprechendes Wasserstoffderivat ist das Gas Dimethylether (DME). Fraunhofer ISE hat in einem Forschungsprojekt ein effizientes Syntheseverfahren entwickelt, das den Weg für eine großskalige Produktion ebnen könnte.

Im Rahmen des internationalen Projektes „Power-to-MEDME“ hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE) die komplette Prozesskette für die Produktion von grünem Methanol und DME in Chile untersucht. Das neue INDIGO-Verfahren kombiniert Synthese und Destillation simultan, spart Energie und senkt Kosten um mehr als ein Viertel gegenüber konventionellen Verfahren. Das Projekt hat die Voraussetzungen für die Produktion CO2-neutraler Energieträger in Chile geschaffen. Der nächste Schritt ist die Errichtung einer Pilotanlage zur Produktion von grünem Methanol und DME im Megawatt-Bereich.

DME als strategischer Wasserstoff-Carrier: „Hidden Champion“ für Import und Industrie
Für die deutsche Wasserstoffstrategie gewinnt die Frage nach effizienten Importträgern zunehmend an Bedeutung. Dimethylether (DME) könnte hier nach Einschätzung von Fraunhofer ISE als aussichtsreicher Energieträger für Wasserstoff und dessen Derivate eine Schlüsselrolle übernehmen. Es ist umweltfreundlich, ungiftig, effizient und auch wirtschaftlich attraktiv. „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“, so Dr. Elias Frei, Bereichsleiter Wasserstoff am Fraunhofer ISE zur Einordnung von DME.

Der DME-Markt ist bereits heute mit mehr als fünf Millionen Tonnen pro Jahr groß. Neue Anwendungen, etwa die Zumischung in Liquified Petroleum Gas (LPG) oder als Ausgangsstoff für Kraftstoffe, dürften das Volumen deutlich steigern. „Der globale LPG-Markt umfasst etwa 200 Millionen Tonnen pro Jahr“, betont Dr. Achim Schaadt. Hinzu komme der Markt für Sustainable Aviation Fuels, der für 2050 auf bis zu 400 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt werde - „das zeigt das enorme Potenzial von DME“.

Das Fraunhofer ISE will daher gemeinsam mit der Industrie neue DME-Anwendungen und Marktentwicklungen vorantreiben, die durch aktuelle Forschungsergebnisse ermöglicht werden.

INDIGO-Verfahren und Chile-Projekt: Effizienzsteigerung und Pilotphase
DME ist kein unbekanntes Gas: Vielen ist es als Treibgas in Deos bekannt, auch als Lösungs- und Kühlmittel wird es bereits eingesetzt. Die bisherige DME-Produktion ist jedoch energieintensiv, weil Synthese und Trennung in separaten Schritten erfolgen. Das neue INDIGO-Verfahren am Fraunhofer ISE kombiniert Synthese und Destillation gleichzeitig. Dadurch wird der Prozess vereinfacht, die Effizienz steigt und die Kosten sinken laut Fraunhofer ISE um mehr als ein Viertel gegenüber konventionellen Verfahren.

Zudem verringert sich auch der Energiebedarf, weil die bei der Reaktion freigesetzte Wärme direkt in die Destillationskolonne einfließt. Das macht das Verfahren laut Fraunhofer besonders für abgelegene Regionen attraktiv.

Im Projekt „Power-to-MEDME“ wurde die komplette Prozesskette für eine großskalige Produktion von Methanol und DME in Chile analysiert. In allen sechs untersuchten Fällen sei das INDIGO-Verfahren günstiger als die konventionelle Referenz. Für die Simulation nutzten die Forschenden das Tool Syn2X, um auch einen dynamischen, teillastfähigen Betrieb zu modellieren und praxisnahe Daten unter fluktuierenden Lastbedingungen zu erhalten.

Ziel des Projekts ist der Aufbau 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.

Als potenziellen Standort identifizierte das Fraunhofer ISE die Region Antofagasta im Norden Chiles. Dort werden bereits heute Solarüberschüsse produziert, die teilweise gedrosselt werden müssen. Die Region weist großes Potenzial auf, da Solarstrom aus Photovoltaik und konzentrierender Solarthermie so hohe Überschüsse erzeugt, dass die 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 bei Fraunhofer ISE.