Dimethylether könnte E-Fuels günstiger machen

Welche Rolle Baden-Württemberg künftig bei der Produktion nachhaltiger Kraftstoffe spielen kann, hat das Projekt „E-Fuels fürs LÄND“ unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) untersucht. Die Freiburger Forscher analysierten gemeinsam mit Partnern, wie sich Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor reduzieren und zugleich industrielle Wertschöpfung im Land aufbauen lassen. Ein Schwerpunkt lag auf der Frage, welche Technologien die Herstellung synthetischer Kraftstoffe wirtschaftlicher machen können.

Im Mittelpunkt der Studie steht Dimethylether (DME), ein Zwischenprodukt für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Nach Angaben des Fraunhofer ISE könnte der Herstellungsweg über DME kostengünstiger sein als die heute übliche Produktion über Methanol. Das Projektkonsortium untersuchte deshalb die gesamte Wertschöpfungskette – von der Herstellung aus Wasserstoff und CO2 aus der Luft bis zur Weiterverarbeitung zu Benzin-, Diesel- und Flugkraftstofffraktionen.

Für die Analyse betrachtete das Konsortium mehrere Szenarien für die Jahre 2030 bis 2040. Als mögliche Produktionsstandorte für DME dienten Finnland, Spanien und Brasilien. Die Länder stehen für unterschiedliche klimatische Bedingungen und Verfügbarkeiten erneuerbarer Energien. Anschließend untersuchten die Forschenden, wie sich das Zwischenprodukt nach Baden-Württemberg importieren und dort zu Kraftstoffen weiterverarbeiten ließe. Als Referenz diente die Methanolroute, die heute als etablierter Herstellungsweg für synthetische Kraftstoffe gilt.

Technologien aus Baden-Württemberg

In die Untersuchung flossen vier Technologien ein, die nach Angaben der Projektpartner in Baden-Württemberg entwickelt wurden. Dazu zählen Verfahren zur CO2-Abscheidung aus der Umgebungsluft (Direct Air Capture, DAC), die Herstellung von Wasserstoff beziehungsweise Synthesegas, ein vom Fraunhofer ISE entwickeltes Verfahren zur Herstellung von DME sowie die Produktion von Sustainable Aviation Fuel (SAF).

Parallel dazu entwickelten die Projektpartner einzelne Prozessschritte weiter. Gemeinsam mit dem Automobilzulieferer Purem GmbH untersuchte das Fraunhofer ISE einen DAC-Prozess auf Basis fester Sorptionsmittel. Die Versuche zeigten laut Fraunhofer ISE Möglichkeiten, den Energiebedarf des Verfahrens zu senken. Robert Szolak, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte am Fraunhofer ISE, erklärte, das entwickelte Skalierungskonzept könne eine kostengünstige Fertigung entsprechender Module in automatisierten Produktionsumgebungen der Automobilindustrie ermöglichen. Für Investitionsentscheidungen seien jedoch weitere Untersuchungen im Pilotmaßstab erforderlich.

Auch die DME-Herstellung selbst nahmen die Forscher genauer unter die Lupe. In Prozesssimulationen verglichen sie den neuen DME-basierten Herstellungsweg mit der heute üblichen Methanolroute. Dabei erzielte der DME-Ansatz laut Fraunhofer ISE niedrigere Betriebs- und Gesamtkosten. Die Mineralölraffinerie Oberrhein könnte die Technologie künftig in ihrer Raffinerie einsetzen.

Weiterverarbeitung von DME

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) untersuchte die Weiterverarbeitung von DME zu Kraftstoffen. Die Wissenschaftler simulierten die einzelnen Prozessschritte erstmals in technisch relevanter Größe und im kontinuierlichen Betrieb. Nach Angaben des KIT erreicht dieser Ansatz Energieeffizienzen von bis zu 90 Prozent. Gegenüber Verfahren auf Methanolbasis sinken damit auch die CO2-Emissionen. Im Rahmen der Untersuchungen entstanden Benzin- und Dieselfraktionen sowie SAF für die Luftfahrt.

Die wirtschaftlichen Analysen zeigen laut Projektkonsortium, dass die Herstellung synthetischer Kraftstoffe auf DME-Basis in allen untersuchten Innovationsszenarien günstiger ausfällt als vergleichbare Methanolverfahren. Die Forscher führen dies auf die höhere Effizienz der Prozesskette sowie auf geringere Investitions- und Betriebskosten zurück.

Achim Schaadt, Abteilungsleiter Nachhaltige Syntheseprodukte am Fraunhofer ISE, sieht darin Potenzial für den Markthochlauf nachhaltiger Kraftstoffe. Baden-Württemberg verfüge mit seiner industriellen Basis sowie dem Maschinen- und Anlagenbau über gute Voraussetzungen, um entsprechende Technologien zu entwickeln und in die Anwendung zu bringen.

Die 77-seitige Studie „Abschlussbericht − E-Fuels fürs Länd“ steht auf der Internetseite des Fraunhofer ISE zum Download bereit.