Eine Wasserstoffturbine, die kontrollierte Detonationswellen statt eines mechanischen Verdichters nutzt, hat mehr als fünf Minuten lang Strom erzeugt – ein Rekord, der die NASA-Bestmarke um fast eine Minute übertrifft. Der Test am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Deutschland lief 303 Sekunden und übertraf damit die bisherige NASA-Marke von 250 Sekunden. Es ist ein Schritt hin zu saubereren Energiesystemen, die eines Tages Flugzeugtriebwerke leichter und effizienter machen könnten.
Ein Rekord, der fast geschmolzen wäre
Frühere Versuche mit dieser Art von Turbine dauerten nur Bruchteile von Sekunden. Die Brennkammern überhitzten und schmolzen. Das KIT-Team löste das Problem lange genug, um den Brenner über fünf Minuten am Laufen zu halten. Professor Daniel Banuti, Direktor des Instituts für Thermische Energietechnik und Sicherheit, nannte es einen wichtigen Schritt hin zu hocheffizienter Wasserstoffenergie für ein fossilfreies System.
Der Schlüssel ist die Druckgewinnverbrennung. Bei einer konventionellen Gasturbine erhöht ein mechanischer Verdichter den Luftdruck vor der Verbrennung, und dieser Prozess verbraucht etwa die Hälfte der Turbinenleistung. Das KIT-Design erzeugt den Druck in der Brennkammer mithilfe von Detonationswellen, die durch eine fluidmechanische Instabilität mit Wellen- und Wirbelmustern in den strömenden Gasen entstehen. Kein Verdichter bedeutet weniger Energieverlust und weniger bewegliche Teile.
Warum Wasserstoff zum Design passt
Die Turbine kann auch mit anderen Brennstoffen laufen, aber Wasserstoff ist eine natürliche Wahl. Er reagiert schnell und erzeugt stabile Druckanstiege. Das ermöglicht den Bau von Turbinen, die leichter, günstiger und effizienter sind. Das Team machte bereits früher in diesem Jahr Geschichte, als es erstmals Strom mit einer verdichterlosen Wasserstoffturbine erzeugte.
Die Verbindung der Brennkammer mit einer Turbine und die Umwandlung der intensiven Verbrennung in Strom war eine separate Herausforderung. Die schnellen, kräftigen Reaktionen mussten genutzt werden, ohne die Ausrüstung zu beschädigen. Der erfolgreiche 303-Sekunden-Lauf zeigt, dass das Konzept über einen kurzen Blitz hinaus funktionieren kann.
Was das für Strom und Flug bedeutet
Forscher sehen zwei Hauptanwendungen für diese Technologie: Stromerzeugung und, langfristig, Luftfahrt. Wasserstoff kann aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden, anders als Erdgas. Eine Turbine, die nicht die Hälfte ihrer Energie für die Verdichtung verschwendet, könnte saubere Energie praktikabler machen. Der Rekord ist kurz, aber er beweist das Prinzip. Längere Läufe erfordern mehr Arbeit an Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit, aber der Weg ist jetzt sichtbar.
