Das Gas aus der Deo-Dose könnte Deutschlands Wasserstoff-Problem lösen
Ammoniak gilt als Favorit für den Wasserstoffimport. Jetzt setzen Fraunhofer-Forscher auf eine Alternative aus der Deo-Dose.
In Deodorant-Sprays sorgt Dimethylether als Treibgas dafür, dass Duft- und Wirkstoffe fein verteilt aus der Dose kommen. Künftig könnte das Gas eine Schlüsselrolle beim Wasserstoff-Import spielen.
Foto: picture alliance/dpa | Monika Skolimowska
Back-up-Kraftwerke, grüner Stahl, E-Fuels: Für die Energiewende muss Deutschland große Mengen grünen Wasserstoffs importieren. Aber wie transportiert man ein Gas, das extrem leicht ist und sich nur unter hohem Energieaufwand verflüssigen lässt?
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) setzt auf einen selten beachteten Kandidaten: Dimethylether, kurz DME. Das Gas kennt man bislang höchstens aus der Deo-Dose.
Mit einem neuen Verfahren wollen die Freiburger Forscher die Herstellung von DME deutlich billiger machen, sodass es als Transportmedium für den großskaligen Import eine ernsthafte Konkurrenz für Derivate wie Ammoniak und Methanol wird.
Inhaltsverzeichnis
Warum der Wasserstoff-Transport so schwierig ist
Wasserstoff hat zwar einen hohen Energiegehalt pro Kilogramm, nimmt aber extrem viel Platz ein. Um ihn über weite Strecken zu transportieren, muss er entweder auf –253 °C heruntergekühlt oder in ein anderes Molekül umgewandelt werden.
Als aussichtsreichster Kandidat gilt derzeit Ammoniak: Unternehmen wie Uniper planen seit Jahren den Bau von Ammoniak-Terminals für den großskaligen Import von beispielsweise Wasserstoff aus Indien. Doch ganz optimal ist das Medium nicht, da es hochgiftig ist und aufwendige Sicherheitsmaßnahmen bei Transport und Lagerung erfordert.
Was DME dem Ammoniak voraus hat
DME wird schon bei geringem Druck flüssig. Aus diesem Grund eignet es sich auch als Treibgas in Deo-Sprays. „Man kann das Handling von DME mit einem Gas wie Butan vergleichen, das in einer Campinggasflasche aufbewahrt werden kann“, erklärte Michael Alders vom Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) am Forschungszentrum Jülich bereits 2023 anlässlich einer Studie in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science.
Auch andere Eigenschaften sprechen für DME: Mit einer volumetrischen Energiedichte von 6 kWh/l übertrifft es sowohl Methanol (4,9 kWh/l) als auch Ammoniak (4,0 kWh/l). Auch pro Kilogramm liefert DME mit 8,7 kWh am meisten Energie. Zudem ist es ungiftig und lässt sich am Zielort per Dampfreformierung wieder in Wasserstoff zurückspalten.
Das dabei entstehende CO₂ kann zurücktransportiert und erneut mit Wasserstoff beladen werden. In der Theorie entsteht so ein geschlossener Kreislauf nach dem Pfandflaschen-Prinzip. „Dimethylether ist der Hidden Champion der Wasserstoffwirtschaft“, konstatiert Elias Frei, Bereichsleiter Wasserstoff am Fraunhofer ISE.
Druckdestillationskolonne: An zehn Probenahmestellen kann die Flüssigphasenzusammensetzung analysiert und so das Kolonnenprofil bestimmt werden.
Foto: Fraunhofer ISE/Joscha Feuerstein
Wie Freiburger Forscher die Kosten senken
Die Vorteile von DME als Transportmolekül sind also schon lange bekannt. Bisherige Herstellungsverfahren standen jedoch im Ruf, aufwendig und energieintensiv zu sein.
Hier setzt das am Fraunhofer ISE entwickelte „INDIGO“-Verfahren an. Synthese und Destillation laufen dabei gleichzeitig ab. Die Wärme, die bei der chemischen Reaktion frei wird, fließt direkt in die Destillation ein, statt verloren zu gehen.
Im Ergebnis sinken die Kosten laut den Forschern um mehr als 25 % gegenüber dem konventionellen Verfahren. Das Fraunhofer ISE gibt an, dass sein INDIGO-Verfahren in allen sechs untersuchten Szenarien günstiger war als die herkömmliche Methode. Weil der Prozess besonders wenig Energie benötige, eigne er sich auch für die dezentrale Nutzung in abgelegenen Regionen mit wenig Infrastruktur, aber Zugang zu erneuerbaren Energiequellen.
Pilotanlage in Chile läuft bereits
Erste Praxiserfahrungen gibt es schon: Im Projekt „Power-to-MEDME“ haben mehrere Fraunhofer-Institute und die RWTH Aachen mit chilenischen Partnern die gesamte Prozesskette von der Wasserstofferzeugung bis zur DME-Synthese erprobt. Das vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt lief von 2023 bis Ende 2025. Als Ergebnis bauten die Forscher eine 7,5 m hohe Pilotanlage auf Basis des INDIGO-Verfahrens.
Die Region Antofagasta im Norden Chiles eignet sich besonders für die Demonstration. Denn dort wird so viel Solarstrom produziert, dass die Einspeisung ins Netz gedrosselt werden muss. In Chile sehen die Forscher auch sofortige Einsatzmöglichkeiten: Demnach könnte grünes DME dort Diesel und Flüssiggas im Bergbau ersetzen. Mehrere Bergbauunternehmen waren am Projekt beteiligt und konnten ihre Fahrzeuganforderungen in die Analysen einfließen lassen. Die bestehende Flüssiggasinfrastruktur ließe sich dabei weitgehend weiternutzen.
Konzentrierende Solarkraftwerke liefern den grünen Strom für die DME-Herstellung beim Fraunhofer-Projekt in Nordchile.
Foto: Fraunhofer CSET
Was dem Durchbruch noch im Weg steht
Schon heute umfasst der globale DME-Markt mehr als 5 Mio. t pro Jahr. Doch das Potenzial ist noch größer, weil sich DME auch dem weltweit verbreiteten Flüssiggas (LPG) beimischen lässt. Hier liegt der Markt bei rund 200 Mio. t jährlich.
Hinzu kommt die Herstellung nachhaltiger Flugkraftstoffe, deren Bedarf bis 2050 auf bis zu 400 Mio. t pro Jahr geschätzt wird. DME könnte als sogenanntes Plattformmolekül zum Ausgangsstoff für eine Vielzahl erneuerbarer Kraftstoffe und Chemikalien werden.
Ob DME zum Gamechanger der Wasserstoffwirtschaft wird, hängt nun davon ab, wie schnell sich das Verfahren vom Pilot- in den industriellen Maßstab skalieren lässt. Hinzu kommt: Die inländischen Wasserstoffproduzenten schlafen nicht, wie Riesenprojekte wie der EWE-Elektrolyseur in Emden oder die geplante 2,4-GW-Elektrolyse im Wasserstoffpark Friesland zeigen. Doch sofern Wasserstoffimport im großen Stil ein Thema wird, könnte DME ein ernstzunehmender Konkurrent für Ammoniak werden.
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