Kompressorlose Wasserstoffturbine schlägt NASA‑Rekord

Wenn es um Energieerzeugung geht, haben wir heute eine Zukunftsvision mit Solarpaneelen am Boden, oder vielleicht sogar im Orbit, die Sonnenlicht in Strom umwandeln, mit schließlich einem Batteriefeld, um Energie am Abend zu speichern.

In der Praxis wird Strom jedoch immer noch überwiegend von riesigen rotierenden Turbinen erzeugt, die durch Verbrennen fossiler Brennstoffe (Gas, Kohle) oder durch den Dampf, der durch die Hitze nuklearer Reaktionen entsteht, bzw. durch den Wasserfluss in Wasserkraftwerken angetrieben werden. Auch wenn diese Technologie eines Tages veraltet sein könnte, bleibt sie das Kernstück unserer Energiesysteme.

Ein Grund dafür ist, dass diese Turbinen neben ihrer guten Verständlichkeit den Vorteil haben, die Frequenz des Stromnetzes zu stabilisieren. Rotierende Turbinen erzeugen von Natur aus Wechselstrom, der für die Fernübertragung genutzt wird, und die enorme Masse der Turbine liefert Trägheit für die Netzfrequenz. Im Gegensatz dazu erzeugen Solarpaneele Gleichstrom und können das Netz nicht stabilisieren.

Dies wird zu einem immer wichtigeren Thema, wie die abnehmende Stabilität der Netzfrequenz, da die alten großen rotierenden Generatoren durch Solarpaneele ersetzt werden zeigt, ein Problem, das im Kern des massiven Stromausfalls des iberischen (Spanien + Portugal) Stromnetzes im Jahr 2025 stand.

Allerdings ist die Kernenergie nach wie vor umstritten und schwer zu implementieren, während die Standorte für Wasserkraftwerke in vielen Ländern bereits weitgehend erschöpft sind. Wenn wir also zuverlässige, jederzeit aktivierbare Turbinen wollen, die gleichzeitig das Stromnetz unterstützen, schien es, als müssten wir noch viele Jahrzehnte auf Erdgas setzen.

Das könnte sich jedoch bald ändern, denn Forscher am deutschen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben mit einer neuen kompressorlosen Turbine, die mit Wasserstoff betrieben wird, einen Rekordlaufzeit erreicht. Da grüner Wasserstoff aus erneuerbarer Energie erzeugt werden kann, eröffnet dies den Weg zu einem Stromnetz, das von grünem Wasserstoff betrieben wird – besonders in Zeiten, in denen die Sonne nicht scheint und der Wind nicht stark genug weht, um das Netz zu versorgen.

Sie stellten ihre Ergebnisse auf der Hannover Messe 2026 vor.

Wie man Wasserstoff nutzt

Wenn Wasserstoff zu einem zentralen Bestandteil unserer Energiesysteme werden soll, haben Forscher zwei unterschiedliche Problemstellungen zu lösen.

Die erste besteht darin, grünen Wasserstoff so günstig zu produzieren, dass er mit fossilen Brennstoffen und anderen erneuerbaren Energien + Batteriealternativen konkurrenzfähig ist. Dieses Feld macht schnelle Fortschritte, da unter den verschiedenen Optionen günstigere Katalysatoren wie Siliziumkarbid, Kobalt, Nickel, oder eine Ruthenium‑Silizium‑Wolfram‑Legierung, oder sogar grünen Wasserstoff und trinkbares Wasser gleichzeitig zu produzieren verwendet werden.

Eine weitere Frage ist, wie der produzierte Wasserstoff wieder in Energie umgewandelt werden kann. Eine Möglichkeit sind Brennstoffzellen, die den Wasserstoff direkt durch eine elektrochemische Reaktion in Strom umwandeln, wie sie von Plug Power hergestellt werden (PLUG ). Das ist eine vielversprechende Idee, erfordert jedoch oft teure Katalysatoren und komplexe Zellenkonstruktionen.

Eine weitere Option, die in gewisser Weise einfacher ist, besteht einfach darin, den Wasserstoff so zu verbrennen, wie wir Erdgas verbrennen. Das kann bei Fahrzeugen in einem Verbrennungsmotor sehr ähnlich zu einem Gasmotor geschehen, ein Thema, das Sie in unserem Artikel “5 Wasserstoff‑Verbrennungsmotoren, die das Muster brechen” weiter erkunden können.

Für deutlich größere Verbrennungen und die großskalige Stromerzeugung werden Wasserstoffturbinen ebenfalls zu einer reiferen Technologie und bieten eine dritte Möglichkeit, Wasserstoff zu nutzen.

Die nächste Generation von Turbinen

 Die Ineffizienz traditioneller Turbinen

Die von den Forschern in dieser Studie verwendete Technologie könnte besonders nützlich für Wasserstoffturbinen sein, ist jedoch nicht ausschließlich auf diesen Brennstoff beschränkt.

Der zentrale Gedanke ist, dass herkömmliche Gasturbinen etwa die Hälfte ihrer Leistung für die Luftkompression benötigen, um zu funktionieren. Das bedeutet, dass sie nur eine thermische Effizienz von 35 % bis 40 % erreichen, bzw. 55 %–64 %, wenn die Abwärme zur Stromerzeugung einer sekundären Dampfturbine genutzt wird.

“Eine konventionelle Gasturbine, wie sie in Kraftwerken oder unter Flugzeugflügeln eingesetzt wird, verbraucht etwa 50 % ihrer Leistung, um Luft auf den für eine effiziente Verbrennung erforderlichen hohen Druck zu komprimieren – Leistung, die dann nicht für die Stromerzeugung zur Verfügung steht,”
Professor Daniel Banuti, Direktor des Instituts für Thermische Energietechnologie und Sicherheit (ITES)

Der Grund, warum Kompression nötig ist, liegt darin, dass sie den erforderlichen hohen Druck erzeugt, um die Zündung des Brennstoffs zu ermöglichen.

Detonationen als Ersatz für Kompression

In diesem Design ersetzten die Forscher die Kompression durch Detonationswellen im Brennkammerinneren.

Diese Wellen entstehen durch eine fluid‑mechanische Instabilität, die Muster von Wellen und Wirbeln im Gasstrom erzeugt. Dadurch wird der Bedarf an energieintensiven mechanischen Kompressoren vollständig umgangen. Das spart Energie, reduziert die Anzahl beweglicher Teile und erhöht die Effizienz.

Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Methode die Anzahl beweglicher Teile reduziert, was stets zu einfacheren Konstruktions‑ und Wartungsprozessen beiträgt.

Dieses Design kann mit anderen Brennstoffen als Wasserstoff betrieben werden, aber Wasserstoff ist besonders geeignet für Detonationsturbinen: er reagiert sehr schnell und kann stabile Druckanstiege erzeugen.

Komplexität von Detonationsturbinen

Die Schwierigkeit bei Detonationsturbinen liegt bereits im Namen: Statt eines normalen Verbrennungsprozesses explodiert das in die Turbine eingespritzte Gas buchstäblich. Daher kann es schwierig sein, die Turbine ohne Beschädigung am Laufen zu halten.

In diesem Experiment gelang es den Forschern, die Turbine rekordverdächtige 303 Sekunden lang ohne Schaden zu betreiben. Während das kurz klingen mag, sind 5 volle Minuten Betrieb deutlich länger als die vorherigen Tests, die nur Bruchteile einer Sekunde dauerten. Es übertrifft zudem den bisherigen NASA‑Rekord von 250 Sekunden, bei dem ebenfalls kein Wasserstoff verwendet wurde.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Verbrennung/Detonation in Strom umzuwandeln, da die schnellen und kraftvollen Reaktionen in der Kammer den stabilen Energie­transfer zur Turbine erschweren. Ohne stabilen Transfer ist keine stabile Rotation für die Stromerzeugung möglich.

“Das ist extrem schwierig, weil die sehr schnellen und intensiven Verbrennungsprozesse in der Kammer einen stabilen Energie­transfer zur Turbine herausfordernd machen. Wir sind die Ersten, die eine solche Turbine erfolgreich betreiben und dabei Strom erzeugen konnten.”
Professor Daniel Banuti, Direktor des Instituts für Thermische Energietechnologie und Sicherheit (ITES).

Potenzielle Anwendungen

Der entscheidende Teil dieses Prototyps ist, dass er gleichzeitig drei experimentelle Konzepte demonstrierte:

• Den erfolgreichen Betrieb einer Detonationsturbine über mehrere Minuten.
• Den Einsatz von Wasserstoff zur Stromversorgung, was zeigt, dass das einzigartige chemische Profil von Wasserstoff besonders gut zu diesem Design passt.
• Die Kopplung der Detonation an die Stromerzeugung, was die praktische Anwendung des Prototyps belegt.

Durch die Nutzung von Wasserstoff positioniert sich dieses Design der Detonationsturbine in einer eigenen Klasse, anstatt es mit ausgereiften und wirtschaftlich bewährten Gasturbinen zu vergleichen. Damit werden die potenziellen Schwächen von Detonationsturbinen, insbesondere der Bedarf an hohem Druck und extreme Reaktivität des Brennstoffs, in eine Stärke verwandelt.

Gleichzeitig stellt diese Technologie ein zukunftssicheres Konzept dar, da sie nicht zu einer Turbinenart wird, die mit dem Ausstieg aus fossilen Brennstoffen obsolet wird.

Langfristig könnte dies über die Stromerzeugung hinaus Anwendung finden. Besonders die Luftfahrt könnte ähnliche Turbinen einsetzen, da bereits andere, mit fossilen Brennstoffen betriebene Detonationsturbinen getestet werden, insbesondere Ram‑Rotor‑Detonation‑Engines (RRDE), die die dritte Generation der Flugzeugantriebe nach Turbojet‑ und Ramjet‑Motoren werden könnten.

Investitionen in Kraftwerkturbinen

GE Vernova

Wenn es um Turbinen für die Stromerzeugung geht, gibt es ein Unternehmen, das seit den ersten Einsätzen dieser Technologie dabei ist und heute noch weltweit führend ist: General Electric.

Nach der Aufspaltung des riesigen Industriekonglomerats in drei separate Unternehmen heißt der Teil, der die Turbinen‑ und Stromerzeugungstechnologie übernommen hat, heute GE Vernova.

Heute ist das Unternehmen nach wie vor Experte für alles, was sich dreht, mit derzeit 55 000 GE‑Windturbinen und 7 000 GE‑Gasturbinen im Einsatz. Zusammen mit vielen hydro‑ und kernkraftbetriebenen Anlagen, die ebenfalls mit GE‑Turbinen ausgestattet sind, erzeugen sie etwa 25 % des weltweiten Stroms.

Quelle: GE Vernova

Damit ist GE ein Referenzpunkt für Kraftwerkturbinen, nicht nur für Gas, sondern für praktisch jeden Brennstoff oder jede Energiequelle, die sie zum Drehen bringt, einschließlich Gas, Dampf und Wasser.

Das liegt daran, dass die Expertise von GE nicht nur im Umgang mit dem Brennstoff oder der Verbrennung liegt, sondern auch in der Materialwissenschaft, um die Turbine so widerstandsfähig und effizient wie möglich zu machen, gleichzeitig günstiger und leichtgewichtig, mit einzigartigen Patenten und virtuellen Modellen, die einen dauerhaften Wettbewerbsvorteil bilden.

Infolgedessen sind GE Vernova‑Turbinen die primäre Wahl für die meisten der weltweit größten Versorgungsunternehmen.

Quelle: GE Vernova

Der Wechsel zu Wasserstoff ist also zu erwarten, und das Unternehmen wächst bereits in Bereichen wie Wasserstoffkompressoren und eigene Wasserstoffturbinen‑Designs mit bereits 10 Millionen Betriebsstunden, was seine Fähigkeit im Umgang mit diesem oft gefährlichen und schwer nutzbaren Gas demonstriert.

“Da Gasturbinen von Natur aus kraftstoffflexibel sind, können sie so konfiguriert werden, dass sie als neue Einheit mit grünem Wasserstoff oder ähnlichen Brennstoffen betrieben werden, oder nach längerer Nutzung mit traditionellen Brennstoffen nachgerüstet werden. Die breite Feld‑Erfahrung von GE Vernova ermöglicht es unseren Ingenieuren, die Auswirkungen der Nutzung von Wasserstoff als Gasturbinenbrennstoff zu verstehen.”

Investoren in GE sollten sich kurzfristig auf die bestehenden Wind‑ und Gasturbinen sowie auf Hydro‑ & Kernkraftturbinen konzentrieren, die den Großteil des Geschäfts des Unternehmens in den nächsten zehn Jahren ausmachen.

Doch die Möglichkeit, bestehende Anlagen langfristig auf Wasserstoff umzurüsten, macht das Geschäft von Grund auf widerstandsfähig, neben anderen Technologien, in die GE Vernova ebenfalls stark in Forschung & Entwicklung investiert, wie CO₂‑Abscheidung, SMRs, Hochspannungs‑Gleichstrom‑Übertragung (HVDC), Energiespeicherung, elektrische Schmelzöfen, industrielle Wärmepumpen usw.

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