Een waterstofturbine die gebruikmaakt van gecontroleerde detonatiegolven in plaats van een mechanische compressor heeft meer dan vijf minuten elektriciteit opgewekt, een record dat bijna een minuut beter is dan NASA's beste prestatie. De test, uitgevoerd aan het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Duitsland, duurde 303 seconden en overtrof daarmee NASA's eerdere record van 250 seconden. Het is een stap richting schonere energiesystemen die op een dag vliegtuigmotoren lichter en efficiënter zouden kunnen maken.
Een record dat bijna smolt
Eerdere pogingen met dit type turbine duurden slechts fracties van seconden. De verbrandingskamers raakten oververhit en smolten. Het KIT-team loste dat probleem lang genoeg op om de brander meer dan vijf minuten te laten draaien. Professor Daniel Banuti, directeur van het Instituut voor Thermische Energietechnologie en Veiligheid, noemde het een belangrijke stap richting zeer efficiënte waterstofenergie voor een fossielvrij systeem.
De sleutel is drukverhogende verbranding. In een conventionele gasturbine verhoogt een mechanische compressor de luchtdruk vóór de verbranding, en dat proces verbruikt ongeveer de helft van het vermogen van de turbine. Het KIT-ontwerp creëert druk in de verbrandingskamer met behulp van detonatiegolven, die ontstaan door een vloeistofmechanische instabiliteit met golf- en wervelpatronen in de stromende gassen. Geen compressor betekent minder energieverlies en minder bewegende delen.
Waarom waterstof bij het ontwerp past
De turbine kan op andere brandstoffen draaien, maar waterstof is een natuurlijke match. Het reageert snel en produceert stabiele drukverhogingen. Dat maakt het mogelijk om turbines te bouwen die lichter, goedkoper en efficiënter zijn. Het team schreef eerder dit jaar al geschiedenis door voor het eerst elektriciteit op te wekken met een compressorloze waterstofturbine.
Het verbinden van de verbrandingskamer met een turbine en het omzetten van de intense verbranding in elektriciteit was een aparte uitdaging. De snelle, krachtige reacties moesten worden benut zonder de apparatuur te beschadigen. De succesvolle run van 303 seconden laat zien dat het concept verder kan werken dan een korte flits.
Wat dit betekent voor energie en vliegen
Onderzoekers zien twee hoofdtoepassingen voor deze technologie: elektriciteitsopwekking en, op langere termijn, luchtvaart. Waterstof kan worden geproduceerd uit hernieuwbare bronnen, in tegenstelling tot aardgas. Een turbine die niet de helft van zijn energie verspilt aan compressie zou schone energie praktischer kunnen maken. Het record is kort, maar het bewijst het principe. Langere runs vereisen meer werk aan hittebestendigheid en duurzaamheid, maar het pad is nu zichtbaar.
