Het onderzoeksteam van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Duitsland maakte onlangs bekend dat het een grote doorbraak heeft bereikt in de compressievrije gasturbinetechnologie: het kan de gasturbine stabiel aandrijven om elektriciteit op te wekken zonder mechanische compressie van lucht. Het nieuwste experiment heeft een continue looptijd van meer dan 5 minuten, waardoor het eerdere technische knelpunt van slechts kortetermijnontsteking en snelle uitval als gevolg van oververhitting van de verbrandingskamer wordt doorbroken.

De resultaten worden gezien als een belangrijke stap op weg naar een toekomstig CO2-neutraal energiesysteem. Professor Daniel Banuti, directeur van het KIT Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES), zei dat deze vooruitgang belangrijke technische ondersteuning biedt voor het realiseren van efficiënt en flexibel gebruik van waterstofenergie en het bouwen van een fossielvrij energiesysteem.

In tegenstelling tot traditionele gasturbines die afhankelijk zijn van enorme mechanische compressoren, elimineert dit nieuwe systeem de noodzaak voor compressoren volledig; het is niet nodig om de lucht vóór de ontsteking vooraf onder hoge druk te comprimeren. In momenteel gangbare gasturbines, of het nu om een ​​krachtcentrale of een vliegtuigmotor gaat, wordt ongeveer de helft van het uitgangsvermogen gebruikt om de compressor aan te drijven om lucht tot hoge druk te comprimeren om een ​​efficiënte verbranding te behouden. Dit deel van het vermogen kan niet worden omgezet in effectief vermogen. Het nieuwe ontwerp omzeilt fundamenteel deze link naar het "interne verbruik" van energie.

De gasturbine maakt gebruik van het zogenaamde 'drukversterkingsverbranding'-principe: in plaats van te vertrouwen op een mechanische compressor, wordt de detonatiegolf in de verbrandingskamer gebruikt om de vereiste druk te genereren. Deze detonatiegolven zijn afkomstig van hydrodynamische instabiliteiten: de interactie van vortexstructuren en golven die zich op natuurlijke wijze in de verbrandingskamer ophopen, waardoor de gasdruk toeneemt zonder dat er bewegende delen zijn. Het onderzoeksteam wees erop dat deze methode niet alleen het energieverlies vermindert, maar ook de systeemstructuur vereenvoudigt, wat naar verwachting de algehele efficiëntie aanzienlijk zal verbeteren.

Qua brandstofkeuze heeft het systeem een ​​zekere veelzijdigheid, maar waterstof wordt als de meest ideale optie beschouwd. Waterstof reageert snel, wat bevorderlijk is voor het voltooien van een stabiel drukstijgingsproces in een zeer korte tijdsschaal, waardoor een zeer efficiënte verbranding wordt ondersteund. Dit betekent dat toekomstige gasturbines op basis van dit principe naar verwachting lichtere en goedkopere ontwerpen zullen opleveren op het gebied van energieopwekking, en het potentieel hebben om te worden uitgebreid naar toepassingsscenario's met hogere eisen, zoals de voortstuwing van de luchtvaart.

De echte moeilijkheid ligt in het stabiel koppelen van zo’n gewelddadig, snel supercharged verbrandingsproces aan de turbomachinerie en het betrouwbaar omzetten van de energie in elektrische output. Banuti wees erop dat het vanwege de extreem hoge verbrandingsintensiteit en de extreem korte tijdsduur in de verbrandingskamer een zeer uitdagende technische taak is om het beschikbare vermogen te extraheren en de turbine aan te drijven zonder de stabiliteit van het stromingsveld te vernietigen. Hij benadrukte dat het team het voortouw heeft genomen bij het succesvol aandrijven van een turbine en het daadwerkelijk opwekken van elektriciteit in dit compressievrije systeem, het eerste record op dit gebied.

Het onderzoeksteam is van plan deze niet-compressiegasturbine publiekelijk tentoon te stellen op de komende Hannover Messe van 20 tot 24 april 2026. De stand zal zich bevinden op stand B06 in hal 11 om het toepassingspotentieel ervan in de toekomstige opwekking van waterstofenergie en koolstofvrije energiesystemen aan de industrie te demonstreren.