Fraunhofer ISE: Treibstoff auf Basis erneuerbarer Energien als Dieselersatz

Als E-Fuel kann man Oxymethylenether (OME) als Dieselersatz dem Dieselkraftstoff beimischen und im Dieselmotor verwenden. Eine Hürde für deren großindustrielle Herstellung war bislang das Wassermanagement im Syntheseprozess. Im Projekt „Comet – Clean OME Technology“ haben das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die Industriepartner Chemcom Industries B.V. und ASG Analytik AG eine technische Lösung entwickelt, die einen OME-Produktionsprozess im Industriemaßstab ermöglicht.

Bei nachhaltiger Herstellung aus erneuerbar betriebener Wasserelektrolyse und abgeschiedenem CO₂ in einem Power-to-Liquid-Verfahren können OME die CO₂-Emissionen gegenüber fossilem Diesel bis zu 86 Prozent reduzieren wie Fraunhofer ISE-Analysen ergeben haben. Sie sind umweltfreundlich und ungiftig. Ihre relativ hohen Siedepunkte und die hohe Sorptionskapazität bei moderaten Druck- und Temperaturniveaus macht sie auch als physikalisches Lösungsmittel, etwa für die CO₂-Absorption, attraktiv.

Comet-Prozesskonzept löst Problem des Wassermanagements

Das Fraunhofer ISE arbeitet seit mehreren Jahren mit den Industriepartnern an einem Verfahren, das auf einen effizienten OME-Syntheseschritt mit Methanol und konzentriertem Formalin als Ausgangsmaterial setzt. Das zum Patent angemeldete Comet-Konzept konzentriert sich auf die Entfernung des Wassers nach der OME-Synthese in einer Reaktivdestillationskolonne. Es löst so das Problem des Wassermanagements. Dabei kann man auf die in bisher üblichen Ansätzen genutzte Extraktion, Adsorption oder auch Membrantechniken verzichten. Durch die Positionierung und Betriebsbedingungen der Reaktivdestilllationskolonne sind deutlich höhere Umsätze und Selektivitäten in der OME-Synthese möglich, was zu Effizienzsteigerungen führt.

Im Sommer 2021 demonstrierte das Projektteam den integrierten Prozess erfolgreich im Technikumsmaßstab. Dafür kam eine neu entwickelte Comet-Laboranlage zum Einsatz, die mit einer industriellen Pilotanlage für die Reaktivdestillation und Produktreinigung gekoppelt ist. Die ersten 250 Liter OME-Produkt in einer industriellen Umgebung erreichten eine normgerechte OME-Endproduktqualität. „Das Comet-Prozesskonzept hat den großen Vorteil, dass die Reaktionsbedingungen und das Verhältnis der Reaktionspartner in der reaktiven Destillationskolonne so eingestellt werden können, dass die gewünschte Verteilung des OME-Endprodukts erreicht wird“, sagt Erik Bastiaensen, Geschäftsführer von Chemcom. Zudem könne man bei Bedarf weitere kurzkettige OME als Nebenprodukt bereitstellen. So können verschiedene geeignete Märkte für OME bedient werden.

Erste europäische Produktionsanlage für Oxymethylenether

Fraunhofer ISE, ASG und ChemCom planen die erste europäische OME-Produktionsanlage im niederländischen Delfzijl im Maßstab von ca. 1 t/h auf Basis des Comet-Prozesskonzepts. Sie soll als eine Referenzanlage für die weitere Hochskalierung bei einem erfolgreichem Markteintritt genutzt werden. Die ASG arbeitet zudem an der Entwicklung einer umfassenden OME-Vornorm und entsprechenden Analysemethoden für eine Zertifizierung. „Eine sauberere und vor allem stabile Produktqualität ist für die Marktetablierung sehr wichtig“, betont Thomas Wilharm, Vorstandsvorsitzender der ASG.

Oxymethylenether senkt als Dieselersatz Emissionen

Die Oxidationsstabilität von OME-Produkten kann man mit einem Standardadditiv erreichen. Dieses ist für die Produktlagerung und den Transport wichtig. In Zusammenarbeit mit der TU München haben die Forscher:innen zudem beispielhaft ein Dieselmotorrad mit einem OME-Tank und einem angepassten Einspritzsystem getestet. Oxymethylenether als Dieselersatz führte zu einer Emissionsreduktion bei der Partikelanzahl (PN23) um 99,86 % im Vergleich zum herkömmlichen Diesel-Betrieb. Auch die Euro 5-Grenzwerte für die emittierte Partikelmasse (95 %) und Stickoxidausstoß (49 %) konnte man erheblich unterschreiten. Dies unterstreicht neben dem Potenzial zur Reduktion der CO₂-Emissionen die erheblichen Potenziale zur Absenkung des Schadstoffausstoßes von Dieselmotoren bei der Verwendung von OME.

11.2.2022 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH