DME known as dimethyl ether, is a well known chemical substance, the simplest ether, with the chemical structure CH3-O-CH3, consisting of one oxygen atom, two carbon atoms, and six hydrogen atoms. If we us Dimethyl ether as fuel, we recognize, that this fuel brings in one oxygen atom and has six hydrogen atoms. If we compare with methanol (CH3-OH), which has only four hydrogen atoms, dimethyl ether as simplest ether can also be seen as hydrogen carrier. The thermodynamic properties of Dimethyl ether, show that dimethyl ether is liquid at room temperature T=25°C and a pressure of p=6 bar. It is well known that dimethyl ether can be used as an substitute of fossil Diesel fuel, as a synthetic formed Diesel substitute, with highly advanced combustion properties and very low emissions in carbon monoxide(CO), dust and soot and nitrogen oxide(NO2). It easy to handle with the well known LPG (liquid propane gas) technology and can be easily and cheap implemented into heavy Diesel engines. The application of dimethyl ether is wide: transportation, agriculture, civil and rural hotel sector.
Inhaltsverzeichnis
1. Introduction
2. Pathways to Dimethyl ether
3. Biomass and Biogas
4. Electric Energy
5. Conclusion
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten und technischen Pfade zur Herstellung von Dimethylether (DME) als nachhaltigen Kraftstoff. Ziel ist es, Wege aufzuzeigen, wie durch die Kombination von biogenen Reststoffen und der Konvertierung von Kohlendioxid mittels elektrischer Energie – idealerweise aus Fusions-Fissions-Hybridsystemen – eine nachhaltige und kohlenstoffneutrale Kraftstoffversorgung für ländliche Räume und den Transportsektor etabliert werden kann.
- Thermochemische Wege der DME-Synthese aus Biomasse und Restgasen
- Die Rolle von Wasserstoff und Kohlendioxid als Rohstoffbasis
- Notwendigkeit einer nachhaltigen und effizienten elektrischen Energiequelle
- Potenziale von Fusions-Fissions-Hybridreaktoren zur Prozessoptimierung
- Substitution fossiler Dieselkraftstoffe zur Reduktion von Treibhausgasemissionen
Auszug aus dem Buch
Pathways to Dimethyl ether
One pathway to produce dimethyl ether from biogenic waste is using steam gasification [ 5 7 ] or classic gasification by fixed bed reactors [ 5 7 ]. The weak gas consists of the main components carbon monoxide (CO), hydrogen (H2) and small amount of methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and tar. A representative gas mixture is e.g. 32vol% CO, 27vol% H2, 12vol% CO2, 1 vol% CH4, 3 vol% tar. If we look at the concentration of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) we recognize that the molar concentration is near by the fraction 1:1. This enables the direct conversion of carbon monoxide (CO) and hydrogen(H2) to Dimethyl ether by CO + H2O CO2 + H2 (1), 2CO + 4H2 2CH3OH (2), 2CH3OH CH3-O-CH3 + H2O (3).
The sum reaction is given by 3CO+3H2 CH3-O-CH3 + CO2. What we learn from this reaction pathway: the direct synthesis from carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) produce dimethyl ether and carbon dioxide. The direct synthesis is supported by the catalyst CuO-Zno-Al2O3 for the conversion to methanol (CH3OH) and the dehydration of methanol (CH3OH) to dimethyl ether by the catalyst HZSM-5 (zeolith). The combination of both reaction leads to carbon dioxide production during the conversion process. The existence of carbon dioxide (CO2) leads to a reduction in the conversion rate to dimethyl ether. Beside dimethyl ether, Methanol, water and carbon dioxide will be produced. So the carbon dioxide concentration of the input gas should be very low, in common lower than 1 vol%. Tar has to be removed and lowered to 100 ppm [ 9 ]. The conversion rate depends on the pressure and temperature in the direct synthesis reactor and the concentration mixture of the catalysts CuO-ZnO-Al2O3 (conversion to methanol) and HSZM-5 (dehydration zeolite). The pressure range is about 30 bar up to 70 bar, the temperature range is about 200°C up to 300°C.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Introduction: Dieses Kapitel führt in die chemischen Eigenschaften und das Potenzial von Dimethylether als nachhaltigen Ersatz für fossile Dieselkraftstoffe ein.
2. Pathways to Dimethyl ether: Hier werden die technischen Synthesewege beschrieben, insbesondere die Konvertierung von Biomasse sowie die direkte Umsetzung von Kohlendioxid und Wasserstoff zu Dimethylether.
3. Biomass and Biogas: Dieses Kapitel erläutert die Nutzung von biogenen Abfällen, Deponiegasen sowie Fackel- und Schiefergasen als Rohstoffquellen für die DME-Produktion.
4. Electric Energy: Der Autor diskutiert hier den enormen Energiebedarf für die DME-Herstellung und evaluiert den Einsatz von Fusions-Fissions-Hybridreaktoren als nachhaltige Energiequelle.
5. Conclusion: Abschließend wird das Potenzial von DME als lokaler, emissionsarmer Kraftstoff hervorgehoben, der die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren kann.
Schlüsselwörter
Dimethylether, DME, Biomasse, Kohlendioxid, Wasserstoff, Synthesegas, Fusions-Fissions-Hybrid, Kernkraft, Nachhaltigkeit, Treibhausgasemissionen, Energiewende, Katalyse, Methanol, Prozessoptimierung, Dieselersatz
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den technologischen Möglichkeiten zur großskaligen Produktion von Dimethylether als umweltfreundlicher Ersatz für herkömmliche fossile Kraftstoffe.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Themen umfassen die chemische Synthese von DME, die Nutzung biogener Reststoffe und die Energieversorgung des Konvertierungsprozesses durch fortschrittliche Reaktortechnologien.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Aufzeichnung eines Weges zu einer klimaneutralen Kraftstoffwirtschaft, die lokale Ressourcen nutzt und durch effiziente Energiegewinnung skalierbar gemacht wird.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit stützt sich auf eine Analyse chemischer Reaktionsgleichungen, thermodynamischer Prozessparameter sowie auf eine Literaturrecherche zu bestehenden Forschungsergebnissen im Bereich der Energietechnik.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert Synthesepfade ausgehend von Biomasse, die Reinigung von Biogasen, die energetischen Herausforderungen der Elektrolyse und die Vorteile hybrider Kernreaktorkonzepte.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Dimethylether, Nachhaltigkeit, CO2-Reduktion, Biomasse und Fusions-Fissions-Hybridtechnologie.
Warum wird der Einsatz von Fusions-Fissions-Hybridreaktoren diskutiert?
Weil die Produktion von DME aus CO2 und Wasser große Mengen kostengünstiger und emissionsfreier Energie erfordert, die durch volatile erneuerbare Energien allein schwer abdeckbar ist.
Wie beeinflussen biogene Abgase die DME-Herstellung?
Sie dienen als notwendige Kohlenstoff- und Wasserstoffquellen, wobei ihre begrenzte Verfügbarkeit und die notwendige Gasreinigung entscheidende Faktoren für die Wirtschaftlichkeit darstellen.
- Quote paper
- Dr. techn. Johann Gruber-Schmidt (Author), 2018, Dimethyl Ether a rural fuel from water and carbon dioxide, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/434511
