Spraydosen-Gas: Potential als Wasserstoffspeicher?

„Wasserstoff ist das fehlende Puzzleteil der Energiewende. Wir machen mit der Strategie Tempo für den Markthochlauf in dem Bereich“, fasste Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger die große Bedeutung von Wasserstoff für die Energiewende und eine nachhaltige Industrie im Juli 2023 zusammen. Wasserstoff verbinde Energiesicherheit, Klimaneutralität und Wettbewerbsfähigkeit, zudem sei die Importstrategie wichtig, da Deutschland den Bedarf an Wasserstoff nicht allein decken könne.

Wie gerufen kommt da jene Neuigkeit, die Wissenschaftler des Instituts für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) vom Forschungszentrum Jülich, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme gemeinsam in einem Artikel für die Fachzeitschrift „Energy & Environmental Science“ des britischen Berufsverbandes Royal Society of Chemistry (Link in Englisch) veröffentlich haben: Dimethylether (DME) habe großes Potenzial als Wasserstoffspeicher und könne einen „signifikanten Einfluss auf die zukünftige weltweite Wasserstoffwirtschaft“ haben, so die Aussage der Experten.

Erst in flüssigem Zustand und dann gasförmig

Eingesetzt wird DME heutzutage unter anderem in Deo-Sprühflaschen und Spraydosen, die Nutzung ist also gut erprobt. Zukünftig könnte es nach Einschätzung der Forscher als Wasserstoffspeicher für lange Transportstrecken genutzt werden. DME ist leicht entzündlich und bildet Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂), wenn es während der sogenannten Dampfreformierung mit Hilfe von Wasserdampf reagiert. In der Deo-Sprühflasche befindet es sich erst in flüssigem Zustand und wird durch den Ausstoß gasförmig.

Die Forscher schlagen daher ein Kreislauf-Speichersystem vor: In den Erzeugungsregionen wie beispielsweise Südamerika oder Australien soll grüner Wasserstoff in einem Syntheseverfahren mit Kohlendioxid zu DME verbunden werden. Unter Druck verflüssigt könnte dieser dann per Schiff in die Abnehmerregion kommen, beispielsweise nach Europa, und dort würde das DME durch die Dampfreformierung wieder in seine Ausgangsstoffe Wasserstoff und CO₂ zerlegt.

Der grüne Wasserstoff kann dann etwa in der Industrie genutzt werden. Das Kohlendioxid soll im gleichen Schiff wieder in die Erzeugungsregion zurückgebracht werden, wo es erneut für den Prozess verwendet werden soll. Diesen geschlossenen DME/CO₂-Kreislauf bezeichnen die Forscher als einen „bisher unterschätzten Wasserstoffspeicher“.

Einige weitere Vorteile gegenüber Methanol und Ammoniak

Weitere Vorteile von DME: Den Experten zufolge wird pro Masse transportiertem DME deutlich mehr nutzbarer Wasserstoff freigesetzt als es bei Methanol oder Ammoniak der Fall ist. DME ist zudem ungiftig. Und: Aufs Gewicht umgerechnet enthält DME mit 8,7 Kilowattstunden pro Kilogramm im Vergleich zu Methanol (6,2 kWh/kg) und Ammoniak (5,9 kWh/kg) am meisten Energie.

Nun geht es darum, diese einzelnen Vorteile als Ganzes zu nutzen. „Zwar sind die wesentlichen Teilschritte einer auf DME basierten Wasserstoffspeicherung bekannt. Bisher sind sie aber noch nicht zu einer Wasserstoffspeichertechnologie verknüpft worden“, sagt Prof. Peter Wasserscheid, Gründungsdirektor des INW und einer der Autoren des Artikels. „Das werden wir am INW in Zusammenarbeit mit unseren Partnern vorantreiben. Das Interesse am DME-CO₂-Wasserstoffspeichersystem ist in der Industrie sehr groß.“

Dem INW zufolge werden jetzt Versuchsanlagen für die Dampfreformierung von DME gebaut, um das Verfahren zur technischen Reife zu bringen. Das Institut rechnet damit, dass geschlossene DME/CO₂-Kreisläufe Anfang der 2030er Jahre kommerziell genutzt werden können.