In Iceland a methanol plant named in honor of the noble prize laureate George Olah operating since 2011. As substrate they use carbon dioxide and hydrogen producing methanol. Methanol is the simplest alcohol and well know since the developments of Paul Sabatier and the catalysis processes, in liquid phase at environment pressure and temperature, and is a synthetic alcohol. In the Georg Olah Plant carbon dioxide and hydrogen are mixed 1mol:3 mol together to form a syngas, being compressed and transformed under the help of catalysts to methanol (methanol synthesis). In most processes the methanol synthesis is running at a pressure range 30 bar up to 100bar and a temperature range 200°C up to 400°C. The conversion rate is given in the range of 25% up to 35% and therefor recycling of the unconverted gas in the methanol reactor back, to increase the conversion rate of synthetic gas and production rate.
Inhaltsverzeichnis
Introduction
Ethanol, Biodiesel
Biogas
Forestry Biomass
Reforming and Gasification for Dimethyl ether
Hydrogen
SOFC or thermionic and magnetohydrodynamic Generator
Conclusion
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit untersucht das Potenzial von Dimethylether (DME) als emissionsfreien Kraftstoff, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen im Transportsektor zu verringern und eine nachhaltige Kohlenstoffkreislaufwirtschaft zu etablieren.
- Synthese von Dimethylether aus Methanol und direkten Biomasse- bzw. Biogas-Prozessen
- Vergleich der Umwelteffizienz von DME gegenüber konventionellen Kraftstoffen wie Biodiesel und Bioethanol
- Analyse technischer Konvertierungsverfahren mittels SOFC-Brennstoffzellen und thermionischer Generatoren
- Implementierung eines geschlossenen CO2-Kreislaufs zur Erreichung der Null-Emissionen
Auszug aus dem Buch
SOFC or thermionic and magnetohydrodynamic Generator
Using dimethyl ether in a SOFC (solid oxide fuel cell) cell dimethyl ether has to be converted to syngas by steam reforming CH3OCH3 + H2O 2CO + 4H2 + Q (219 kJ/mol). The exhaust gas from the SOFC cell consists of carbon dioxide and steam. CO + 1/2 O2 CO2 + Q ( - 280 kJ/mol). H2 + 1/2 O2 H2O + Q ( - 245 kJ/mol). SOFC (Solid oxide Fuel Cells ) cells operate in a temperature range 800°C up to 1000°C, at nearly environment pressure and have an electric efficiency of 50% up to 60%.
Another possibility is to generate heat with combustion of dimethyl ether in a metal oxide reactorCH3OCH3 + 3O2 2CO2 + 3H2O + Q(- 1310 kJ/mol). The generated heat can be direct converted to electric energy with a thermionic generator. Thermionic generators have an electric efficiency from 25% up to 35%, combined with a magnetohydrodynamic generators having an electric efficiency from 30% up to 40%, we gain in sum from 55% up to 75% for the direct conversion of heat to electric energy.
Zusammenfassung der Kapitel
Introduction: Der Einstieg beleuchtet die Methanolsynthese in Island und die Notwendigkeit, Methanol zur Vermeidung von Emissionen in Dimethylether umzuwandeln.
Ethanol, Biodiesel: Es wird dargelegt, dass klassische Biokraftstoffe wie Ethanol und Biodiesel ähnliche Emissionsprobleme aufweisen wie fossile Kraftstoffe und somit keine ideale Lösung darstellen.
Biogas: Die anaerobe Vergärung zur Biogasgewinnung wird als Prozess beschrieben, der zwar Biomasse nutzt, jedoch aufgrund von Abgasen keine Null-Emissionen erreicht.
Forestry Biomass: Dieses Kapitel thematisiert die energetische Nutzung von Holzabfällen und weist auf die geringe thermische Effizienz und die Emissionen bei der Wärmeerzeugung hin.
Reforming and Gasification for Dimethyl ether: Hier werden technische Verfahren beschrieben, um Biogas und Biomasse durch Reforming-Prozesse in ein Synthesegas umzuwandeln, das für die DME-Herstellung genutzt werden kann.
Hydrogen: Es wird die zentrale Rolle von günstigem Wasserstoff für die wettbewerbsfähige DME-Produktion sowie Methoden zur Wasserstoffgewinnung durch Elektrolyse oder Abwärme erläutert.
SOFC or thermionic and magnetohydrodynamic Generator: Das Kapitel vergleicht Hocheffizienztechnologien zur Umwandlung von DME in Strom, namentlich Festoxid-Brennstoffzellen sowie thermionische und magnetohydrodynamische Generatoren.
Conclusion: Die Zusammenfassung betont, dass durch die Etablierung eines geschlossenen CO2-Kreislaufs DME als nachhaltiger, emissionsfreier Energieträger fungieren kann.
Schlüsselwörter
Dimethylether, Methanol, Null-Emissionen, CO2-Kreislauf, Wasserstoff, Biogas, Biomasse, SOFC, Brennstoffzellen, Energiegewinnung, Nachhaltigkeit, Synthesegas, Kraftstofftechnologie, Umweltschutz, Erneuerbare Energien
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Etablierung von Dimethylether (DME) als umweltfreundlichen, emissionsfreien Kraftstoff für schwere Maschinen und den Transportsektor.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die chemische Synthese von DME, die Optimierung des CO2-Recyclings und den Vergleich von Hocheffizienz-Umwandlungstechnologien wie Brennstoffzellen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist der Nachweis, dass durch einen geschlossenen Kreislauf von CO2 und Wasser bei der DME-Nutzung eine echte Null-Emissions-Bilanz erreicht werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine prozesstechnische Analyse sowie den Vergleich chemischer Reaktionsgleichungen und thermodynamischer Wirkungsgrade verschiedener Energiewandlungssysteme.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Quellen für Biomasse und Biogas, die chemischen Umwandlungsprozesse zu DME sowie die verschiedenen Generatortypen zur Stromerzeugung aus DME.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Hauptcharakteristika sind DME, Null-Emissionen, Kohlenstoffkreislauf, regenerative Kraftstoffe und Hocheffizienz-Energiewandlung.
Warum ist Dimethylether besser als konventioneller Diesel?
Im Gegensatz zu fossilem Diesel ermöglicht DME bei entsprechender Kreislaufführung einen CO2-neutralen Betrieb, da das bei der Verbrennung freigesetzte CO2 wieder zur Herstellung neuen Kraftstoffs eingefangen werden kann.
Welche Rolle spielt Island in dieser Untersuchung?
Island dient als Fallbeispiel für die erfolgreiche Nutzung von geothermischer Energie und regenerativer Wasserstoffproduktion für die Methanol- und DME-Wirtschaft.
Können SOFC-Brennstoffzellen DME direkt nutzen?
Nein, das DME muss zunächst durch Dampfreformierung in Synthesegas (Wasserstoff und Kohlenmonoxid) umgewandelt werden, bevor es in der SOFC-Zelle reagieren kann.
Wie trägt DME zur globalen CO2-Bilanz bei?
DME fungiert als Kohlenstoffsenke, wenn es aus biogenen Abfallströmen gewonnen wird, und ermöglicht durch das Sammeln von CO2 und Wasser die Wiederverwendung dieser Stoffe in einem geschlossenen Zyklus.
- Arbeit zitieren
- Dr. techn. Johann Gruber-Schmidt (Autor:in), 2018, Dimethyl ether as Zero Emission Fuel. Synergies with Biogas and Biomass Plants, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/434507
