I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno raggiunto un importante traguardo nel campo dell’energia a idrogeno, facendo funzionare una nuova turbina a gas senza compressore per un tempo record di 303 secondi. Il bruciatore utilizza una forma avanzata di combustione a pressione aumentata e ha superato il precedente record della NASA di 250 secondi.
Il risultato segna anche un passo avanti verso l’utilizzo dell’idrogeno per la produzione di energia più pulita. A differenza del gas naturale, l’idrogeno può essere prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabile. All’inizio di quest’anno, il team del KIT è diventato anche il primo a generare elettricità con una turbina a gas a idrogeno che non si basa su un compressore meccanico.
La turbina a idrogeno funziona per più di cinque minuti.
Gli esperimenti precedenti potevano durare solo frazioni di secondo, poiché un funzionamento più prolungato avrebbe causato la fusione delle camere di combustione. Il nuovo test ha esteso il tempo di funzionamento a oltre cinque minuti.
“Questo è un passo importante verso un’energia a idrogeno altamente efficiente e flessibile per un sistema energetico senza combustibili fossili“, spiega il professor Daniel Banuti, direttore dell’Istituto di tecnologia e sicurezza dell’energia termica (ITES).
Uno dei principali vantaggi di questo progetto è che non richiede energia per comprimere l’aria prima dell’inizio della combustione.
“Una turbina a gas convenzionale, come quelle utilizzate nelle centrali elettriche o sotto le ali degli aerei, consuma circa il 50% della sua energia per comprimere l’aria all’alta pressione necessaria per una combustione efficiente, energia che poi non è disponibile per la produzione di elettricità”, spiega Banuti.
Onde di detonazione sostituiscono il compressore
La nuova turbina è costruita attorno alla combustione a pressione positiva. Le turbine a gas convenzionali utilizzano un compressore meccanico per aumentare la pressione dell’aria, un processo che può consumare circa la metà della potenza erogata dalla turbina.
Il sistema KIT crea la pressione necessaria all’interno della camera di combustione. Le onde di detonazione si formano attraverso un’instabilità fluidodinamica che coinvolge onde e vortici nei gas in flusso. Ciò consente alla turbina di funzionare senza un compressore meccanico.
La rimozione del compressore potrebbe ridurre le perdite di energia, diminuire il numero di componenti in movimento e migliorare l’efficienza complessiva.
Perché l’idrogeno funziona così bene
Questa tecnologia può funzionare anche con combustibili diversi dall’idrogeno, ma quest’ultimo è particolarmente adatto perché reagisce molto rapidamente e può produrre aumenti di pressione stabili.
Secondo i ricercatori, questo approccio potrebbe in futuro consentire la realizzazione di turbine più leggere, meno costose e altamente efficienti. Le potenziali applicazioni includono la generazione di elettricità e, a lungo termine, il settore aeronautico.
Generazione di elettricità senza compressione meccanica
Collegare la camera di combustione a una turbina e convertire l’intensa combustione in elettricità ha rappresentato un’ulteriore sfida ingegneristica. Le reazioni rapide e potenti all’interno della camera rendono difficile trasferire l’energia alla turbina in modo stabile.
“Si tratta di un’operazione estremamente difficile perché i processi di combustione molto rapidi e intensi all’interno della camera rendono problematico il trasferimento stabile di energia alla turbina. Siamo i primi ad aver messo in funzione con successo una turbina di questo tipo e ad aver generato elettricità nel processo”
Materiale fornito dal Karlsruhe Institute of Technology (KIT) . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
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