Τουρμπίνα Υδρογόνου Χωρίς Συμπιεστή Κατακτά το Ρεκόρ της NASA

Όταν πρόκειται για παραγωγή ενέργειας, σήμερα έχουμε ένα όραμα για το μέλλον με ηλιακούς πίνακες στο έδαφος, ή ίσως ακόμη και σε τροχιά, που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρισμό, με τελικά ένα πάρκο μπαταριών για αποθήκευση ενέργειας το βράδυ.

Ωστόσο, στην πράξη, το ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται ακόμη κυρίως από τεράστιες περιστρεφόμενες τουρμπίνες, που τροφοδοτούνται από την καύση ορυκτών καυσίμων (αέριο, άνθρακας) ή από τον ατμό που παράγεται από τη θερμότητα των πυρηνικών αντιδράσεων, ή από τη ροή του νερού σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Αν και μπορεί κάποια μέρα να καταστεί παρωχημένο, αυτός ο τύπος εγκατάστασης παραμένει ο πυρήνας των ενεργειακών μας συστημάτων.

Ένας λόγος είναι ότι, εκτός από το ότι είναι μια καλά κατανοητή τεχνολογία, τέτοιες τουρμπίνες έχουν το πλεονέκτημα της σταθεροποίησης της συχνότητας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό συμβαίνει επειδή οι περιστρεφόμενες τουρμπίνες παράγουν φυσικά εναλλασσόμενο ρεύμα, που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά μεγάλων αποστάσεων, και η τεράστια μάζα της τουρμπίνας παρέχει αδράνεια στη συχνότητα του δικτύου. Αντίθετα, οι ηλιακοί πίνακες παράγουν μόνο συνεχές ρεύμα, χωρίς δυνατότητα σταθεροποίησης του δικτύου.

Αυτό γίνεται ένα ολοένα και πιο σημαντικό θέμα, όπως δείχνει η η μειούμενη σταθερότητα της συχνότητας του ηλεκτρικού δικτύου, καθώς οι παλιοί μεγάλοι περιστρεφόμενοι γεννήτριες αντικαθίστανται από ηλιακούς πίνακες, ένα πρόβλημα που βρισκόταν στον πυρήνα του της τεράστιας κατάρρευσης του 2025 του Ιβηρικού (Ισπανία + Πορτογαλία) δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας.

Ωστόσο, η πυρηνική ενέργεια παραμένει αμφιλεγόμενη και αργή στην υλοποίηση, ενώ οι τοποθεσίες για υδροηλεκτρικούς σταθμούς είναι σε μεγάλο βαθμό εξαντλημένες σε πολλές χώρες. Έτσι, αν θέλουμε αξιόπιστες, ενεργοποιήσιμες ανά πάσα στιγμή τουρμπίνες που επίσης βοηθούν το δίκτυο, φαινόταν ότι θα ήμασταν υποχρεωμένοι να συνεχίσουμε να χρησιμοποιούμε φυσικό αέριο για πολλές δεκαετίες.

Αυτό ίσως να μην ισχύει πολύ περισσότερο, καθώς ερευνητές του Γερμανικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας Καρλσρούης (KIT) κατέγραψαν ρεκόρ λειτουργίας με μια νέα τουρμπίνα χωρίς συμπιεστή που τροφοδοτείται από υδρογόνο. Καθώς το πράσινο υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από ανανεώσιμη ενέργεια, αυτό θα άνοιγε το δρόμο για ένα δίκτυο ενέργειας που τροφοδοτείται από πράσινο υδρογόνο, ειδικά σε περιόδους που ο ήλιος δεν λάμπει και ο άνεμος δεν φυσάει αρκετά για να τροφοδοτήσει το δίκτυο.

Παρουσίασαν τα ευρήματά τους στη Hannover Messe 2026.

Πώς να Χρησιμοποιήσετε το Υδρογόνο

Όταν πρόκειται να γίνει το υδρογόνο κεντρικό μέρος των ενεργειακών μας συστημάτων, οι ερευνητές έχουν δύο διαφορετικούς τύπους προβλημάτων να λύσουν.

Το πρώτο είναι η παραγωγή πράσινου υδρογόνου σε τόσο χαμηλό κόστος ώστε να είναι ανταγωνιστικό με τα ορυκτά καύσιμα και άλλες ανανεώσιμες πηγές + εναλλακτικές μπαταρίες. Πρόκειται για έναν τομέα που προχωρά γρήγορα, καθώς μεταξύ των διαφόρων επιλογών μπορεί να χρησιμοποιηθεί φθηνότεροι καταλύτες όπως το πυρίτιο καρβίδιο, το κόβαλτ, το νικέλιο, ή ένα κράμα ρουθενίου, πυριτίου και βανάδιου, ή ακόμη και συνεπαγωγή πράσινου υδρογόνου και πόσιμου νερού.

Μια άλλη ερώτηση είναι πώς να μετατρέψουμε το παραγόμενο υδρογόνο ξανά σε ενέργεια. Ένας τρόπος είναι τα κυψέλες καυσίμου, που μετατρέπουν το υδρογόνο σε ηλεκτρισμό άμεσα μέσω μιας ηλεκτροχημικής αντίδρασης, όπως αυτές που παράγονται από την Plug Power (PLUG ). Πρόκειται για μια υποσχόμενη ιδέα, αλλά συχνά απαιτεί ακριβά καταλύτες και σύνθετο σχεδιασμό κυψέλης.

Μια άλλη επιλογή, και με κάποιο τρόπο πιο απλή, είναι απλώς η καύση του υδρογόνου όπως καίμε το φυσικό αέριο. Αυτό μπορεί να γίνει για οχήματα σε κινητήρα εσωτερικής καύσης πολύ παρόμοιο με έναν κινητήρα αερίου, ένα θέμα που μπορείτε να εξερευνήσετε περαιτέρω στο άρθρο μας «5 Κινητήρες Καύσης Υδρογόνου που Θα Σπάσουν το Μοτίβο».

Τώρα, για πολύ μεγαλύτερη καύση και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα, οι τουρμπίνες υδρογόνου επίσης γίνονται μια πολύ πιο ώριμη τεχνολογία και μια τρίτη επιλογή για την αξιοποίηση του υδρογόνου.

Η Επόμενη Γενιά Τουρμπινών

Η Αναποτελεσματικότητα των Παραδοσιακών Τουρμπινών

Η τεχνολογία που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές σε αυτή τη μελέτη θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για τουρμπίνες υδρογόνου, αλλά δεν περιορίζεται μόνο σε αυτό το συγκεκριμένο καύσιμο.

Η βασική ιδέα είναι ότι οι παραδοσιακές αεριοτουρμπίνες απαιτούν περίπου το ήμισυ της παραγωγής τους για συμπίεση αέρα ώστε να λειτουργήσουν. Αυτό σημαίνει ότι φθάνουν μόνο σε θερμική απόδοση 35% έως 40%, και 55%–64% εάν η θερμότητα των καυσαερίων χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία μιας δευτερεύουσας ατμοτουρμπίνας.

“Μια συμβατική αεριοτουρμπίνα, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας ή κάτω από φτερά αεροσκαφών, καταναλώνει περίπου το 50 τοις εκατό της ισχύος της για τη συμπίεση του αέρα στην υψηλή πίεση που απαιτείται για αποδοτική καύση — ισχύ που στη συνέχεια δεν είναι διαθέσιμη για παραγωγή ηλεκτρισμού,”
Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Ο λόγος που απαιτείται η συμπίεση είναι ότι χρησιμοποιείται για τη δημιουργία της απαραίτητης υψηλής πίεσης ώστε να προκληθεί η ανάφλεξη του καυσίμου.

Αποσπάσεις για Αντικατάσταση της Συμπίεσης

Σε αυτό το σχέδιο, οι ερευνητές αντικατέστησαν τη συμπίεση με κύματα αποσπάσεων μέσα στην καυσαλική θάλασσα.

Αυτά τα κύματα προέρχονται από μια υγρομηχανική αστάθεια που δημιουργεί μοτίβα κυμάτων και στροβιλισμών στη ροή του αερίου. Με αυτόν τον τρόπο, παρακάμπτει εντελώς την ανάγκη για ενεργοβόρες μηχανικές συμπιεστές. Αυτό εξοικονομεί ενέργεια, μειώνει τον αριθμό των κινούμενων μερών και αυξάνει την απόδοση.

Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι ότι αυτή η μέθοδος μειώνει τον αριθμό των κινούμενων μερών, κάτι που πάντα συμβάλλει σε πιο απλό σχεδιασμό και διαδικασίες συντήρησης.

Αυτό το σχέδιο μπορεί να λειτουργήσει με καύσιμα εκτός του υδρογόνου, αλλά το υδρογόνο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για τουρμπίνες αποσπάσεων: αντιδρά πολύ γρήγορα και μπορεί να παράγει σταθερές αυξήσεις στην πίεση.

Πολυπλοκότητα των Τουρμπινών Αποσπάσεων

Η δυσκολία με τις τουρμπίνες αποσπάσεων βρίσκεται στο όνομα: αντί για μια κανονική διαδικασία καύσης, το αέριο που εισάγεται στην τουρμπίνα κυριολεκτικά εκρήγνυται. Έτσι, η διατήρηση της λειτουργίας της τουρμπίνας χωρίς ζημιά μπορεί να είναι δύσκολη.

Σε αυτό το πείραμα, οι ερευνητές κατάφεραν να τη διατηρήσουν σε λειτουργία χωρίς ζημιά για ένα ρεκόρ 303 δευτερολέπτων. Αν και μπορεί να ακούγεται σύντομο, 5 πλήρη λεπτά λειτουργίας είναι πολύ περισσότερο από τις προηγούμενες δοκιμές που διήρκεσαν μόνο κλάσματα του δευτερολέπτου. Είναι επίσης περισσότερο από το προηγούμενο ρεκόρ της NASA των 250 δευτερολέπτων, το οποίο επίσης δεν χρησιμοποίησε υδρογόνο.

Μια ακόμη πρόκληση είναι η μετατροπή της καύσης/αποσπάσεων σε ηλεκτρισμό, καθώς οι γρήγορες και ισχυρές αντιδράσεις μέσα στην θάλασσα καθιστούν δύσκολη τη σταθερή μεταφορά ενέργειας στην τουρμπίνα. Και χωρίς σταθερή μεταφορά, δεν μπορεί να υπάρξει σταθερή περιστροφή που απαιτείται για την παραγωγή ενέργειας.

“Αυτό είναι εξαιρετικά δύσκολο επειδή οι πολύ γρήγορες και έντονες διαδικασίες καύσης στην θάλασσα καθιστούν τη σταθερή μεταφορά ενέργειας στην τουρμπίνα προκλητική. Είμαστε οι πρώτοι που λειτουργήσαμε επιτυχώς μια τέτοια τουρμπίνα και παράγουμε ηλεκτρισμό στη διαδικασία”
Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Πιθανές Εφαρμογές

Το βασικό μέρος αυτού του πρωτοτύπου είναι ότι παρουσίασε ταυτόχρονα τρεις πειραματικές έννοιες:

• Λειτουργία μιας τουρμπίνας αποσπάσεων με επιτυχία για αρκετά λεπτά.
• Χρήση υδρογόνου για την τροφοδοσία της, αποδεικνύοντας ότι το μοναδικό χημικό προφίλ του υδρογόνου είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για αυτό το σχέδιο.
• Σύνδεση των αποσπάσεων με παραγωγή ηλεκτρισμού, αποδεικνύοντας την πρακτική εφαρμογή του πρωτοτύπου.

Με τη χρήση του υδρογόνου, αυτό το σχέδιο της τουρμπίνας αποσπάσεων τοποθετείται σε μια κατηγορία δική του, αντί να το συγκρίνει με ώριμες και οικονομικά αποδεδειγμένες αεριοτουρμπίνες. Αυτό μετατρέπει τις πιθανές αδυναμίες των τουρμπινών αποσπάσεων, ιδιαίτερα την ανάγκη για υψηλή πίεση και ακραία αντιδραστικότητα του καυσίμου, σε πλεονέκτημα.

Ταυτόχρονα, τοποθετεί αυτή την τεχνολογία ως μια μελλοντική έννοια, καθώς δεν είναι ένας τύπος τουρμπίνας που θα καταστεί παρωχημένος καθώς τα ορυκτά καύσιμα θα αντικατασταθούν.

Μακροπρόθεσμα, αυτό θα μπορούσε να έχει εφαρμογές πέρα από την παραγωγή ηλεκτρισμού. Συγκεκριμένα, η αεροπορία θα μπορούσε να χρησιμοποιεί παρόμοιες τουρμπίνες, καθώς άλλες τουρμπίνες αποσπάσεων που τροφοδοτούνται από ορυκτά καύσιμα ήδη δοκιμάζονται, ιδιαίτερα οι Ram-Rotor Detonation Engines (RRDE), που θα μπορούσαν να αποτελέσουν την τρίτη γενιά προώθησης αεροσκαφών, μετά τις τουρμπίνες τρούμπα και ραμτζετ.

Επένδυση σε Τουρμπίνες Ενέργειας

GE Vernova

Όταν πρόκειται για τουρμπίνες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας, μια εταιρεία είναι εκεί από τις πρώτες εγκαταστάσεις αυτής της τεχνολογίας και παραμένει παγκόσμιος ηγέτης σήμερα: General Electric.

Μετά τη διάσπαση του γιγαντιαίου βιομηχανικού συγκροτήματος σε τρεις ξεχωριστές εταιρείες, το τμήμα της εταιρείας που κληρονόμησε την τεχνολογία των τουρμπινών και της παραγωγής ενέργειας ονομάζεται τώρα GE Vernova.

Σήμερα, η εταιρεία εξακολουθεί να είναι ειδική σε ό,τι περιστρέφεται, με 55.000 τουρμπίνες αιολικής ενέργειας GE και 7.000 αεριοτουρμπίνες GE σε λειτουργία. Μαζί με πολλούς υδροηλεκτρικούς και πυρηνικούς σταθμούς επίσης εξοπλισμένους με τουρμπίνες GE, παράγουν περίπου το 25% της παγκόσμιας συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας.

Πηγή: GE Vernova

Αυτό καθιστά τη GE αναφορά για τουρμπίνες ενέργειας, όχι μόνο με αέριο, αλλά πραγματικά με οποιοδήποτε καύσιμο ή πηγή ενέργειας για να τις κάνει να περιστρέφονται, συμπεριλαμβανομένου του αερίου, του ατμού και του νερού.

Αυτό οφείλεται στο ότι η τεχνογνωσία της GE δεν περιορίζεται μόνο στον τρόπο διαχείρισης του καυσίμου ή της καύσης, αλλά και στην επιστήμη των υλικών για να καταστήσει την τουρμπίνα όσο πιο ανθεκτική και αποδοτική γίνεται, ενώ ταυτόχρονα φθηνότερη και ελαφριά, με μοναδικές πατέντες και εικονικά μοντέλα που σχηματίζουν ένα ανθεκτικό ανταγωνιστικό φράγμα.

Ως εκ τούτου, οι τουρμπίνες GE Vernova είναι η κύρια επιλογή για τις περισσότερες από τις μεγαλύτερες εταιρείες κοινής ωφέλειας του κόσμου.

Πηγή: GE Vernova

Έτσι, η μετάβαση στο υδρογόνο είναι αναμενόμενη, και η εταιρεία ήδη αναπτύσσεται σε τομείς όπως οι συμπιεστές υδρογόνου και τα δικά της σχέδια τουρμπινών υδρογόνου με ήδη 10 εκατομμύρια καταγεγραμμένες ώρες λειτουργίας, αποδεικνύοντας την ικανότητά της στη διαχείριση αυτού του συχνά επικίνδυνου και δύσκολα αξιοποιήσιμου αερίου.

«Καθώς οι αεριοτουρμπίνες είναι εγγενώς καυσίμου-ευέλικτες, μπορούν να διαμορφωθούν ώστε να λειτουργούν με πράσινο υδρογόνο ή παρόμοια καύσιμα ως νέα μονάδα, ή να αναβαθμιστούν ακόμη και μετά από παρατεταμένη λειτουργία με παραδοσιακά καύσιμα. Η ευρεία εμπειρία του πεδίου της GE Vernova επιτρέπει στους μηχανικούς μας να κατανοήσουν τον αντίκτυπο της χρήσης του υδρογόνου ως καυσίμου αεριοτουρμπίνας.»

Οι επενδυτές στη GE θα πρέπει να επικεντρωθούν βραχυπρόθεσμα στις υπάρχουσες αιολικές και αεριοτουρμπίνες, καθώς και στις υδροηλεκτρικές & πυρηνικές τουρμπίνες, που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της επιχείρησης της εταιρείας τα επόμενα 10 χρόνια.

Αλλά η δυνατότητα μακροπρόθεσμης αναβάθμισης των υφιστάμενων εγκαταστάσεων σε υδρογόνο καθιστά την επιχείρηση εγγενώς ανθεκτική, μαζί με άλλες τεχνολογίες στις οποίες η GE Vernova επενδύει σημαντικά στην Έρευνα & Ανάπτυξη, όπως η σύλληψη άνθρακα, μικροπυρηνικοί αντιδραστήρες (SMRs), Υψηλή Τάση Άμεσου Ρεύματος (HVDC), αποθήκευση ενέργειας, ηλεκτρικοί φούρνοι, βιομηχανικές αντλίες θερμότητας κ.λπ.

Τελευταία Νέα και Ανάπτυξη Μετοχής GE Vernova (GEV)