Dimethylether

Dimethylether (DME, veraltet: Dimethyläther) ist der einfachste Ether und ein Dialkylether. Er enthält zwei Methylgruppen als organische Reste. Dimethylether ist polar und findet in flüssiger Form als Lösemittel Verwendung sowie als Biokraftstoff.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Dimethylether
Andere Namen	Methoxymethan (IUPAC) Holzether Methylether Dimethyläther Methyloxid DME DIMETHYL ETHER (INCI)[1]
Summenformel	C2H6O
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit etherischem Geruch[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 115-10-6 EG-Nummer 204-065-8 ECHA-InfoCard 100.003.696 PubChem 8254 ChemSpider 7956 Wikidata Q408050
Eigenschaften
Molare Masse	46,06 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	2,1146 kg·m−3 (Gasdichte bei 0 °C, 1013 hPa)[2] 1,967 kg·m−3 (Gasdichte bei 15 °C)[2] 0,7354 g·cm−3 (Flüssigkeit am Siedepunkt)[2]
Schmelzpunkt	−141,5 °C[2]
Siedepunkt	−24,8 °C[2]
Dampfdruck	5,1 bar (20 °C)[2] 6,9 bar (30 °C)[2] 11,4 bar (50 °C)[2] 18,1 bar (70 °C)[2]
Löslichkeit	wenig in Wasser (70 g·l−1 bei 20 °C)[2]
Dipolmoment	1,30 D[3] (4,3 · 10−30 C · m)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[4] ggf. erweitert[2] Gefahr H- und P-Sätze H: 220​‐​280 P: 210​‐​377​‐​381​‐​403[2]
MAK	DFG/Schweiz: 1000 ml·m−3 bzw. 1910 mg·m−3[2][5]
Treibhauspotential	1 (bezogen auf 100 Jahre)[6]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−203,3 kJ·mol−1 (Flüssigkeit)[7] −184,1 kJ·mol−1 (Gas)[7]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Eigenschaften

Dimethylether ist ein (bei Normalbedingungen) farbloses, hochentzündliches, narkotisch wirkendes Gas. Die Verbindung siedet bei −24 °C. Die molare Verdampfungsenthalpie beträgt am Siedepunkt 21,51 kJ/mol.^[8] Unter Druck sind bis zu 34 % in Wasser löslich.

Thermodynamische Eigenschaften

Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,11475, B = 894,669 und C = −30,604 im Temperaturbereich von 194,93 bis 248,24 K.^[9] Die kritischen Größen betragen für die kritische Temperatur 126,9 °C, für den kritischen Druck 53,7 bar und für die kritische Dichte 0,271 g·cm⁻³.^[2]

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Dimethylether bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische mit einem Flammpunkt von −42 °C.^[2] Der Explosionsbereich liegt zwischen 2,8 Vol.-% als untere Explosionsgrenze (UEG) und 24,4 Vol.-% als obere Explosionsgrenze (OEG).^[2][10] Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,8 bar.^[2][10] Die Grenzspaltweite wurde mit 0,84 mm (50 °C) bestimmt.^[2][10] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIB.^[10] Die Zündtemperatur beträgt 240 °C.^[2][10] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3.

Herstellung

Er kann zum Beispiel durch säurenkatalysierte Kondensation aus 2 Molekülen Methanol (unter Abspaltung von Wasser) gewonnen werden:

${\displaystyle {\ce {2 CH3OH -> CH3-O-CH3 + H2O}}}$

Dimethylether entsteht als Nebenprodukt der Methanolsynthese und wird üblicherweise direkt aus Synthesegas hergestellt. Als Quelle für das Synthesegas sind insbesondere Kohle, Erd- und Biogas sowie Syngas aus der Biomassevergasung von hohem Interesse.

Bei der Synthese handelt es sich um einen zweistufigen Prozess, bei dem mit Hilfe von entsprechenden Katalysatoren (in der Regel CuO/ZnO/Al₂O₃) bei Temperaturen von 270 °C und einem Druck von 5 bis 10 MPa zuerst Methanol hergestellt wird, das in einem zweiten Schritt in Anwesenheit eines Säurekatalysators (In der Regel Aluminium) innerhalb desselben Prozesses dehydratisiert wird. Abgeschiedener Dimethylether enthält noch geringe Mengen Methanol und Wasser.^[11]

Verwendung

Hochreiner Dimethylether findet breite Anwendung als Treibgas z. B. in Haarspray und Lackspray.^[12] Technischer Dimethylether ist eine Alternative zu Flüssiggas mit ausgezeichneten Brenneigenschaften. Ein azeotropes Gemisch von Dimethylether und Ammoniak ergibt das Kältemittel R723.

Ein großer Anteil des produzierten Dimethylethers wird mit Schwefeltrioxid (SO₃) zu Dimethylsulfat (C₂H₆O₄S) umgesetzt, das als Basis für eine Reihe von chemischen Prozessen und Produkten benötigt wird.

${\displaystyle {\ce {SO3 + CH3-O-CH3 -> (CH3)2SO4}}}$

Bis in die 1980er Jahre war dies die Hauptverwendung von Dimethylether, 1998 wurden von den in Mitteleuropa produzierten 50.000 t etwa 15.000 t zu Dimethylsulfat umgesetzt.^[11]

Dimethylether ist zudem ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Alkenen wie Ethen (Ethylen) und Propen (Propylen) aus Methanol oder Erdgas in der so genannten Methanol-to-Olefins-Technologie, die als Alternative zu den derzeit verwendeten Verfahren aus Erdöl (Steamcracking) entwickelt wurde.^[13]

DME als Kraftstoff

Aufgrund einer Cetanzahl von 55 bis 60 lässt sich Dimethylether im Dieselmotor als Ersatz für Dieselkraftstoff verwenden. Dabei sind leichte Modifikationen am Motor erforderlich, die hauptsächlich die Einspritzpumpe betreffen, sowie der Einbau eines Drucktanks, ähnlich wie bei Autogas. Dimethylether verbrennt im Dieselmotor sehr sauber ohne Rußbildung. Der Heizwert liegt bei 28,4 MJ/kg und damit unter dem von Dieselkraftstoff von ca. 43 MJ/kg.^[14] Bei gleicher Leistung ist mit einem Mehrbedarf von fast 34 % zu rechnen.

Gemäß der Biokraftstoffrichtlinie 2003-30-EG gilt Dimethylether als Biokraftstoff, sofern er „aus Biomasse hergestellt wird und für die Verwendung als Biokraftstoff bestimmt ist“ und soll langfristig Flüssiggas ablösen.^[15] Als Rohstoffbasis zur Herstellung des Synthesegases soll Schwarzlauge aus der Papier- und Zellstoffindustrie dienen.^[16] Eine erste Fabrik für die Herstellung von biologisch hergestelltem Dimethylether wurde 2012 in Piteå in Schweden errichtet.^[17]

Unglück

Bei der Explosion eines mit Dimethylether gefüllten Kesselwagens auf dem Gelände der BASF in Ludwigshafen am Rhein starben am 28. Juli 1948 insgesamt 207 Menschen und es gab 3818 Verletzte. 3122 Gebäude wurden in Mitleidenschaft gezogen.