Kompressoriton vetyturbiini rikkoo NASA:n ennätyksen

Kun puhutaan energian tuotannosta, meillä on tänään tulevaisuuden visio, jossa maassa tai ehkä jopa kiertoradalla olevat aurinkopaneelit muuttavat auringonvalon sähköksi, ja lopulta akkuparki varastoi energiaa illalla.

Käytännössä sähköä tuotetaan yhä enimmäkseen massiivisilla pyörivillä turbiineilla, joita syötetään fossiilisten polttoaineiden (kaasu, kivihiili) polttamisesta, ydinreaktioiden lämmöstä syntyvällä höyryllä tai vesivoimaloiden vesivirroilla. Vaikka tämä saattaa jonain päivänä vanhentua, tällainen asennus on edelleen energiajärjestelmiemme ydin.

Yksi syy on se, että näiden turbiinien lisäksi, että ne ovat hyvin tunnettua teknologiaa, niillä on etu vakauttaa sähköverkon taajuutta. Tämä johtuu siitä, että pyörivät turbiinit tuottavat luonnollisesti vaihtovirtaa, jota käytetään pitkän matkan siirtoon, ja turbiinin massiivinen paino antaa inertiaa verkon taajuudelle. Sen sijaan aurinkopaneelit tuottavat vain tasavirtaa, eikä niillä ole kykyä vakauttaa sähköverkkoa.

Tämä on yhä tärkeämpi aihe, kuten osoittaa sähköverkon taajuuden heikentyvä vakaus, kun vanhat suuret pyörivät generaattorit korvataan aurinkopaneeleilla, ongelma, joka oli keskeinen vuoden 2025 massiivinen Iberian (Espanja + Portugali) sähköverkon romahdus.

Kuitenkin ydinenergia on edelleen kiistanalainen ja sen käyttöönotto hidasta, kun taas vesivoimaloiden paikat ovat monissa maissa jo suurimmaksi osaksi käytettyjä. Jos haluamme luotettavia, milloin tahansa käynnistettäviä turbiineja, jotka myös auttavat sähköverkkoa, näytti siltä, että meidän olisi jatkettava maakaasun käyttöä vielä vuosikymmeniä.

Tämä ei ehkä enää pidä paikkaansa, sillä Saksan Karlsruhe Institute of Technology (KIT) -tutkijat ovat asettaneet ennätysaikavälin uudella kompressoritonta vetyllä toimivalla turbiinilla. Koska vihreää vetyä voidaan tuottaa uusiutuvasta energiasta, tämä avaa tien vihreällä vedyllä toimivalle sähköverkolle, erityisesti silloin kun aurinko ei paista eikä tuuli puhu riittävästi verkon tarpeisiin.

They presented their findings at the Hannover Messe 2026.

Kuinka käyttää vetyä

Kun pyritään saamaan vety keskeiseksi osaksi energiajärjestelmiämme, tutkijoilla on kaksi erilaista ongelmaa ratkaistavana.

Ensimmäinen on tuottaa vihreää vetyä riittävän edullisesti, jotta se on kilpailukykyinen fossiilisten polttoaineiden ja muiden uusiutuvien energialähteiden + akkuvaihtoehtojen kanssa. Tämä ala kehittyy nopeasti, ja eri vaihtoehtoina voidaan käyttää edullisempia katalyyttejä, kuten piisidi, koboltti, nikkeli, tai ruthenium-, pii- ja volframiseos, tai jopa samantuottaa vihreää vetyä ja juomakelpoista vettä.

Toinen kysymys on, miten tuotettu vety muutetaan takaisin energiaksi. Yksi tapa on polttokennot, jotka muuttavat vedyn suoraan sähköksi elektrokemiallisen reaktion kautta, kuten Plug Powerin valmistamat (PLUG ). Tämä on lupaava idea, mutta se vaatii usein kalliita katalyyttejä ja monimutkaista kennon suunnittelua.

Toinen vaihtoehto, ja jossain määrin yksinkertaisempi, on polttaa vety samalla tavalla kuin poltamme maakaasua. Tämä voidaan tehdä ajoneuvoissa sisäisen polttomoottorin avulla, joka on hyvin samanlainen kuin kaasumoottori, aiheesta voit lukea lisää artikkelissamme “5 vetyä polttavaa moottoria, jotka rikkovat perinteen“.

Turbien seuraava sukupolvi

 Perinteisten turbiinien tehottomuus

Tässä tutkimuksessa tutkijoiden käyttämä teknologia voisi olla erityisen hyödyllinen vetyturbiineille, mutta se ei rajoitu pelkästään tähän polttoaineeseen.

Keskeinen käsite on, että perinteiset kaasuturbiinit tarvitsevat noin puolet tuotannostaan ilman pakkaamiseen toimiakseen. Tämä tarkoittaa, että niiden lämpötehokkuus on vain 35–40 %, ja 55–64 % jos pakokaasujen lämpöä käytetään toisen höyryturbiinin voimanlähteenä.

“Perinteinen kaasuturbiini, kuten niitä, joita käytetään voimalaitoksissa tai lentokoneiden siipien alla, kuluttaa noin 50 % tehostaan ilman pakkaamiseen, jotta saavutetaan korkea paine tehokasta palamista varten – energia, joka sen jälkeen ei ole käytettävissä sähkön tuotantoon,” Professori Daniel Banuti, Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES) -direktori.

Syynä pakkaamiseen on se, että sitä käytetään luomaan tarvittava korkea paine, joka saa polttoaineen syttymään.

Detonaatiot korvaavat pakkaamisen

Tässä suunnittelussa tutkijat korvasivat pakkaamisen detonaatioaaltoilla palotilan sisällä.

Nämä aallot syntyvät nesteenmekaanisesta epävakaudesta, joka luo aaltokuvioita ja pyörteitä kaasun virtauksessa. Näin se täysin kiertää energiaa kuluttavien mekaanisten kompressoreiden tarpeen. Tämä säästää energiaa, vähentää liikkuvien osien määrää ja lisää tehokkuutta.

Toinen etu on, että tämä menetelmä vähentää liikkuvien osien määrää, mikä aina edesauttaa yksinkertaisempaa suunnittelua ja huoltotoimenpiteitä.

Tätä suunnittelua voidaan käyttää myös muiden polttoaineiden kanssa, mutta vety sopii erityisen hyvin detonaatioturbiineihin: se reagoi erittäin nopeasti ja voi tuottaa vakaita paineen nousuja.

Detonaatioturbiinien monimutkaisuus

Detonaatioturbiinien haaste on nimessään: tavallisen palamisprosessin sijaan turbiiniin ruiskutettu kaasu räjähtää kirjaimellisesti. Siksi turbiinin pitäminen toiminnassa ilman vaurioita voi olla vaikeaa.

Tässä kokeessa tutkijat onnistuivat pitämään sen toiminnassa ilman vaurioita ennätysajalla 303 sekuntia. Vaikka tämä saattaa kuulostaa lyhyeltä, 5 täyttä minuuttia on paljon pidempi kuin aikaisemmat testit, jotka kestäivät vain murto-osan sekunnista. Se on myös pidempi kuin NASA:n aikaisempi 250 sekunnin ennätys, jossa ei myöskään käytetty vetyä.

Toinen haaste on muuntaa palaminen/detonaatiot sähköksi, sillä nopeat ja voimakkaat reaktiot kamaran sisällä vaikeuttavat energian siirtoa turbiiniin vakaalla tavalla. Ilman vakaata siirtoa ei voida saavuttaa vakaata pyörimistä, joka on välttämätöntä sähkön tuotannossa.

“Tämä on äärimmäisen vaikeaa, koska kamaran sisäiset erittäin nopeat ja intensiiviset palamisprosessit tekevät vakaasta energiansiirrosta turbiiniin haastavaa. Olemme ensimmäiset, jotka onnistuneesti käyttävät tällaista turbiinia ja tuottavat sähköä prosessissa.” Professori Daniel Banuti, Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES) -direktori.

Mahdolliset sovellukset

Tämän prototyypin keskeinen osa on, että se osoitti kerralla kolme kokeellista konseptia:

• Detonaatioturbiinin onnistunut käyttö useita minuutteja.
• Veden käyttö sen voimanlähteenä, mikä osoittaa, että vedyn ainutlaatuinen kemiallinen profiili sopii erityisen hyvin tähän suunnitteluun.
• Detonaatioiden yhdistäminen sähkön tuotantoon, mikä osoittaa prototyypin käytännön sovelluksen.

Hyödyntämällä vetyä, tämä asettaa detonaatioturbiinisuunnittelun omaan luokkaansa, sen sijaan että sitä verrattaisiin kypsiin ja taloudellisesti todistettuihin kaasupohjaisiin turbiineihin. Tämä muuttaa detonaatioturbiinien mahdolliset heikkoudet, erityisesti korkean paineen tarve ja polttoaineen äärimmäinen reaktiivisuus, vahvuudeksi.

Samanaikaisesti se asettaa tämän teknologian tulevaisuuden kestäväksi konseptiksi, sillä se ei ole turbiinityyppi, joka vanhenee fossiilisten polttoaineiden poistamisen myötä.

Pitkällä aikavälillä tämä voisi löytää sovelluksia sähkön tuotannon ulkopuolelta. Erityisesti ilmailu voisi käyttää samankaltaisia turbiineja, sillä muut fossiilipohjaiset detonaatioturbiinit ovat jo testattavana, erityisesti Ram-Rotor Detonaatio Moottorit (RRDE), jotka voisivat muodostua lentokoneiden propulsiojärjestelmän kolmannesta sukupolvesta, turbojet- ja ramjet-moottoreiden jälkeen.

Sijoittaminen voimaturbiineihin

GE Vernova

Kun puhutaan voimantuotantoon käytettävistä turbiineista, yksi yritys on ollut mukana alusta lähtien, ja se on edelleen maailmanlaajuinen johtaja: General Electric.

Suuren teollisuuskonsernin jakautumisen jälkeen kolmeen erilliseen yritykseen, se osa yrityksestä, joka peritti turbiini- ja voimantuotantoteknologian, on nyt nimeltään GE Vernova.

Tänä päivänä yritys on yhä asiantuntija kaikessa pyörivässä, sillä sillä on 55 000 GE:n tuuliturbiinia ja 7 000 GE:n kaasuturbiinia toiminnassa. Yhdessä monien vesivoima- ja ydinvoimaloiden kanssa, jotka myös on varustettu GE:n turbiineilla, ne tuottavat noin 25 % maailman kokonaisenergiasta.

Lähde: GE Vernova

Tämä tekee GE:stä viitearvon voimaturbiineille, ei pelkästään kaasulle, vaan oikeastaan mille tahansa polttoaineelle tai energialähteelle, joka saa ne pyörimään, mukaan lukien kaasu, höyry ja vesi.

Tämä johtuu siitä, että GE:n asiantuntemus ei rajoitu pelkästään polttoaineen tai palamisen käsittelyyn, vaan myös materiaalitieteeseen, jonka avulla turbiini tehdään mahdollisimman kestäväksi ja tehokkaaksi, samalla edullisemmaksi ja kevyemmäksi, ainutlaatuisten patenttien ja virtuaalimallien muodostaen kestävän kilpailuetukehän.

Tämän vuoksi GE Vernova -turbiinit ovat ensisijainen valinta suurimmille maailman hyödyntöyhtiöille.

Lähde: GE Vernova

Joten siirtyminen vetyyn on odotettavissa, ja yritys kasvaa jo segmenteissä kuten vetykompressorit ja omat vetyturbiinisuunnitelmansa, joilla on jo 10 miljoonaa käyttöaikaa kirjattuna, mikä osoittaa sen taitoa käsitellä tätä usein vaarallista ja vaikeasti hyödynnettävää kaasua.

“Koska kaasuturbiinit ovat luontaisesti polttoainejoustavia, ne voidaan konfiguroida toimimaan vihreällä vedyllä tai vastaavilla polttoaineilla uutena yksikkönä, tai päivittää jopa pitkän perinteisten polttoaineiden käytön jälkeen. GE Vernova:n laaja alakohtainen kokemus mahdollistaa insinööriemme ymmärtää vedyn käytön vaikutukset kaasuturbiinipolttoaineena.”

GE:n sijoittajien tulisi lyhyellä aikavälillä keskittyä olemassa oleviin tuuli- ja kaasuturbiineihin sekä vesivoima- ja ydinvoimaturbineihin, jotka muodostavat yrityksen liiketoiminnan suurimman osan seuraavan 10 vuoden aikana.

Mutta mahdollisuus päivittää olemassa olevat laitokset pitkällä aikavälillä vedyksi tekee liiketoiminnasta luontaisesti kestävän, yhdessä muiden teknologioiden kanssa, joihin GE Vernova myös investoi paljon T&K:ta, kuten hiilidioksidin talteenotto, SMR:t, korkean jännitteen suora virta (HVDC), energian varastointi, sähköiset uunit, teolliset lämpöpumput jne.

Uusimmat GE Vernova (GEV) osakeuutiset ja kehitys