05. Januar 2024 | Das Fraunhofer IEE hat zusammen mit Partnern ein Forschungsprojekt in Chile gestartet. Ziel der Untersuchungen ist der Aufbau einer großskaligen Produktion von grünem Wasserstoff und seinen Derivaten. Dafür wollen die Beteiligten im vom BMBF geförderten Projekt das Herstellungspotenzial von Wasserstoff und flüssigen Kraftstoffen aus Solarenergie untersuchen.

Überblick über die gesamte Wertschöpfungskette des Power-to-MEDME und die damit verbundenen Arbeitspakete (© Fraunhofer ISC)

Durch das hohe Solarpotential und die stabilen ökonomischen Bedingungen kann Chile einen wichtigen Beitrag für die Erzeugung von grünem Wasserstoff und Derivaten liefern. Nun hat das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IEE) mit zahlreichen Partnern hier das Forschungsprojekt Power-to-MEDME gestartet.

Das Vorhaben umfasst diverse Aufgaben entlang der gesamten Prozesskette. Daher wurde es in zehn Arbeitspakete eingeteilt, beginnend mit der Herstellung von grünem Wasserstoff aus erneuerbarer Energie (EE), über die CO₂-Abscheidung bis hin zur Produktion von Methanol und Dimethylether (DME).

Ziel sind dabei die Kostensenkung und Effizienzsteigerung der verschiedenen Vorgänge selbst. In der Begleitforschung werden die Prozesse und die Prozesskette simuliert sowie Materialentwicklung und -untersuchungen zu den einzelnen Schritten vorgenommen.

Pilotanlage für Methanol und Dimethylether

Im Rahmen des dazugehörigen Investitionsprojektes plant die Linde GmbH im Norden Chiles den Bau einer Pilotanlage. Sie soll je nach Marktlage grünes Methanol oder Dimethylether (DME) im MW-Bereich produzieren. Den benötigten Strom liefert ein lokales Sonnenwärmekraftwerk (CSP).

Um die Produktion möglichst kostengünstig zu gestalten, untersuchen die Forschenden die gesamte Prozesskette mittels verschiedener Simulationen. Unter anderem wird ein digitaler Zwilling für die Methanol- und DME-Synthese erstellt. Zugleich ermitteln sie damit die optimalen technischen, wirtschaftlichen und auch ökologischen Parameter einer großskaligen Methanol- und DME-Synthese.

Die Ergebnisse der Simulationen nutzen die Forschenden nach eigenen Angaben auch, um den Einsatz vorhandener Technologien zu bewerten und die Prozesskette zu optimieren. So nehmen sie etwa Vergleiche der verschiedenen industriell verfügbaren Elektrolyse-Technologien vor. Dabei wird ebensp die benötigte Meerwasserentsalzung berücksichtigt, da sich die anfallende Abwärme dort gut einsetzen lässt. Außerdem führen sie technoökonomische Analyse, unter anderem zur Kalkulation der Herstellkosten, durch.

Im Rahmen des Arbeitspaketes 4 arbeitet das Fraunhofer-ISC an der Verbesserung und der CO₂-Abscheidung im Zementwerk (© Cementos Bío Bío S.A.)

Materialforschung für Elektrolyseure

Im Rahmen von „Power-to-MEDME-FuE“ befassen sich die Forschenden auch mit den Materialien und Werkstoffen, die für die gesamte Prozesskette benötigt werden. So entwickeln sie unter anderem Katalysatoren für die Elektrolyse.

Das für die Methanol- und DME-Synthese in der Pilotanlage benötigte Kohlendioxid liefert eine chilenische Zementfabrik. Dafür wird eine Abscheideanlage installiert, die CO₂ aus dem Drehrohrofen des Werks gewinnt. Für diese Aufgabe erstellen die Forschenden ein Sensorik- und Regelungskonzept, das eine effiziente Prozessführung ermöglicht.

Darüber hinaus erheben die Forschenden Daten für die Gestaltung der Transportlogistik mit Blick auf den Einsatz von DME und anderen Power-to-X-Kraftstoffen in Chile als auch für den Export.

Kick-off Meeting in Kassel zum Start des Power-to-MEDME Projektes (© Fraunhofer IEE)

Millionenförderung für Chile

Ein weiterer Bestandteil des Projektes sei der Aufbau und Transfer von Know-how vor Ort. Dies umfasst u. a. Ausbildung und Training von Ingenieur:innen und Techniker:innen für den Betrieb der Anlagen.

Neben dem Fraunhofer IEE, das die Koordination übernimmt, sind auch die Fraunhofer-Institute ISE, IMM, ISC/HTL, IAP, IKTS und Fraunhofer Chile beteiligt sowie der Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme der RWTH Aachen und das RILLL Research Institute on Lifelong Learning beteiligt.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert das gemeinsame Vorhaben mit über 11 Mio. €.

(Quelle: Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE/2024)