Katalytische Dampfreformierung von DME

Dimethylether ist ein vielversprechender chemischer Träger von Wasserstoff über lange Strecken. Der gebundene Wasserstoff wird beim Verbraucher über die katalytische Dampfreformierung wieder freigesetzt. Dabei reagiert DME zunächst mit Wasser über Hydrolyse zu Methanol.

Anschließend wird das entstandene Methanol über die Dampfreformierung zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂) umgesetzt, was in der Nettoreaktionsgleichung resultiert.

Um beide Reaktionen zu katalysieren, werden zwei unterschiedliche katalytische Funktionen benötigt: saure Zentren für die DME-Hydrolyse und metallische Zentren für die Methanol-Dampfreformierung (MSR). Für die erste Reaktion hängt die Auswahl des Katalysators von der Betriebstemperatur ab. Für Reaktionstemperaturen von 200 – 300 °C werden meist Zeolithe mit Brønsted-sauren Zentren und für Temperaturen ab 300 °C wird in der Regel γ-Aluminiumoxid verwendet.

Von größerem Interesse ist die Entwicklung von neuen MSR-Katalysatoren für den zweiten Reaktionsschritt, da die bekannten (meist Kupferbasiert) Katalysatoren aufgrund der veränderten Betriebsbedingungen (Temperatur, Wasserpartialdruck) mit der Zeit deaktivieren. Zudem begünstigen manche Katalysatoren Nebenreaktionen zu, z. B. Kohlenstoffmonoxid (CO), was auch zu Deaktivierung durch Verkokung führt. Durch diese Bedingungen sind bisher sehr wenige langzeitstabile Katalysatoren mit einer hohen Wasserstoffausbeute bekannt. In einem Festbettreaktor (Abbildung 1) werden in der Arbeitsgruppe verschiedene Katalysatorsysteme untersucht.

Ein besonderer Fokus wird hier auf Indium-basierte Katalysatoren gelegt, die insbesondere eine hohe Selektivität und Langzeitstabilität für den zweiten Reaktionsschritt gezeigt haben.^[1]

[1] Stöber et al., A highly durable catalyst system for hydrogen production from dimethyl ether, Sustain Energy Fuels, 2024