Turbin Hidrogen Tanpa Kompresor Mengalahkan Rekor NASA

Ketika berbicara tentang produksi energi, saat ini kita memiliki visi masa depan dengan panel surya di darat, atau bahkan di orbit, yang mengubah sinar matahari menjadi listrik, dengan pada akhirnya sebuah taman baterai untuk menyimpan energi pada malam hari.

Namun pada praktiknya, listrik masih sebagian besar dihasilkan oleh turbin berputar besar, yang digerakkan oleh pembakaran bahan bakar fosil (gas, batu bara) atau oleh uap yang dihasilkan oleh panas reaksi nuklir, atau aliran air di pembangkit listrik tenaga air. Meskipun suatu hari nanti mungkin menjadi usang, jenis instalasi ini masih menjadi inti dari sistem energi kita.

Salah satu alasannya adalah, selain menjadi teknologi yang sudah dipahami dengan baik, turbin semacam itu memiliki keuntungan dalam menstabilkan frekuensi jaringan listrik. Hal ini karena turbin berputar secara alami menghasilkan arus bolak‑balik, yang digunakan untuk transmisi jarak jauh, dan massa besar turbin memberikan inersia pada frekuensi jaringan. Sebaliknya, panel surya hanya menghasilkan daya DC, tanpa kemampuan menstabilkan jaringan listrik.

Hal ini menjadi topik yang semakin penting, seperti yang diilustrasikan oleh penurunan stabilitas frekuensi jaringan listrik, karena generator berputar besar lama digantikan oleh panel surya, sebuah masalah yang menjadi inti dari kecelakaan besar jaringan listrik Iberia pada tahun 2025.

Namun, tenaga nuklir masih kontroversial dan lambat untuk diterapkan, sementara lokasi pembangkit listrik tenaga air sebagian besar sudah habis di banyak negara. Jadi jika kita ingin memiliki turbin yang dapat diandalkan, dapat diaktifkan kapan saja, dan juga membantu jaringan listrik, tampaknya kita masih terpaksa menggunakan gas alam selama beberapa dekade.

Hal ini mungkin tidak akan benar lagi dalam waktu lama, karena peneliti di Institut Teknologi Karlsruhe (KIT) Jerman telah mencatat rekor waktu operasi dengan turbin tanpa kompresor baru yang digerakkan oleh hidrogen. Karena hidrogen hijau dapat diproduksi dari energi terbarukan, ini akan membuka jalan bagi jaringan listrik yang digerakkan oleh hidrogen hijau, terutama pada periode ketika matahari tidak bersinar dan angin tidak cukup bertiup untuk memasok jaringan.

Mereka mempresentasikan temuan mereka di Hannover Messe 2026.

Cara Menggunakan Hidrogen

Ketika hidrogen menjadi bagian sentral dari sistem energi kita, peneliti memiliki dua jenis masalah yang berbeda untuk dipecahkan.

Yang pertama adalah memproduksi hidrogen hijau dengan biaya cukup murah sehingga kompetitif dengan bahan bakar fosil dan energi terbarukan lainnya serta alternatif baterai. Ini adalah bidang yang berkembang cepat, karena di antara berbagai opsi dapat menggunakan katalis yang lebih murah seperti karbida silikon, kobalt, nikel, atau paduan rutenium, silikon, dan tungsten, atau bahkan memproduksi bersama hidrogen hijau dan air minum.

Pertanyaan lain adalah bagaimana mengubah hidrogen yang diproduksi kembali menjadi energi. Salah satu cara adalah sel bahan bakar, yang mengubah hidrogen menjadi listrik secara langsung melalui reaksi elektrokimia, seperti yang diproduksi oleh Plug Power (PLUG ). Ini merupakan ide yang menjanjikan, namun sering memerlukan katalis mahal dan desain sel yang kompleks.

Opsi lain, dan dalam beberapa cara lebih sederhana, adalah membakar hidrogen seperti kita membakar gas alam. Hal ini dapat dilakukan pada kendaraan dengan mesin pembakaran internal yang sangat mirip dengan motor pembangkit gas, sebuah topik yang dapat Anda jelajahi lebih lanjut dalam artikel “5 Mesin Pembakaran Hidrogen yang Siap Mengubah Paradigma“.

Sekarang, untuk pembakaran yang jauh lebih besar dan produksi listrik skala besar, turbin hidrogen juga semakin matang sebagai teknologi dan menjadi opsi ketiga untuk memanfaatkan hidrogen.

Generasi Berikutnya Turbin

Inefisiensi Turbin Tradisional

Teknologi yang digunakan oleh peneliti dalam studi ini dapat sangat berguna untuk turbin hidrogen, namun tidak terbatas pada bahan bakar khusus ini.

Konsep kuncinya adalah turbin gas tradisional membutuhkan sekitar setengah outputnya untuk kompresi udara agar dapat beroperasi. Ini berarti mereka hanya mencapai efisiensi termal sebesar 35% hingga 40%, dan 55%–64% jika panas buang digunakan untuk menggerakkan turbin uap sekunder.

“Turbin gas konvensional, seperti yang digunakan di pembangkit listrik atau di bawah sayap pesawat, mengonsumsi sekitar 50 persen daya mereka untuk mengompresi udara ke tekanan tinggi yang diperlukan untuk pembakaran yang efisien — daya yang kemudian tidak tersedia untuk menghasilkan listrik,”
Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Alasan mengapa kompresi diperlukan adalah karena itu digunakan untuk menciptakan tekanan tinggi yang diperlukan untuk menyalakan bahan bakar.

Detonasi untuk Menggantikan Kompresi

Dalam desain ini, peneliti menggantikan kompresi dengan gelombang detonasi di dalam ruang bakar.

Gelombang ini muncul dari ketidakstabilan fluida‑mekanik yang menciptakan pola gelombang dan vorteks dalam aliran gas. Dengan cara ini, sepenuhnya menghindari kebutuhan akan kompresor mekanik yang menyerap banyak energi. Hal ini menghemat energi, mengurangi jumlah komponen bergerak, dan meningkatkan efisiensi.

Keuntungan lain adalah metode ini mengurangi jumlah komponen bergerak, yang selalu berkontribusi pada desain dan proses perawatan yang lebih sederhana.

Desain ini dapat dioperasikan dengan bahan bakar selain hidrogen, namun hidrogen sangat cocok untuk turbin detonasi: ia bereaksi sangat cepat dan dapat menghasilkan peningkatan tekanan yang stabil.

Kompleksitas Turbin Detonasi

Kesulitan pada turbin detonasi terletak pada namanya: alih‑alih proses pembakaran normal, gas yang disuntikkan ke turbin benar‑benar meledak. Jadi menjaga turbin tetap beroperasi tanpa merusaknya dapat menjadi sulit.

Dalam percobaan ini, peneliti berhasil menjaga turbin beroperasi tanpa kerusakan selama rekor 303 detik. Meskipun terdengar singkat, 5 menit penuh operasi jauh lebih lama dibandingkan tes sebelumnya yang hanya berlangsung beberapa pecahan detik. Ini juga lebih lama daripada rekor NASA sebelumnya sebesar 250 detik, yang juga tidak menggunakan hidrogen.

Tantangan lain adalah mengubah pembakaran/detonasi menjadi listrik, karena reaksi yang cepat dan kuat di dalam ruang bakar menyulitkan transfer energi ke turbin secara stabil. Tanpa transfer yang stabil, Anda tidak dapat memperoleh rotasi stabil yang diperlukan untuk menghasilkan listrik.

“Ini sangat sulit karena proses pembakaran yang sangat cepat dan intens di dalam ruang bakar membuat transfer energi yang stabil ke turbin menjadi tantangan. Kami adalah yang pertama berhasil mengoperasikan turbin semacam ini dan menghasilkan listrik dalam prosesnya.”
Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Aplikasi Potensial

Bagian kunci dari prototipe ini adalah bahwa ia sekaligus menunjukkan tiga konsep eksperimental:

• Menjalankan turbin detonasi dengan sukses selama beberapa menit.
• Menggunakan hidrogen untuk menggerakkannya, menunjukkan bahwa profil kimia unik hidrogen sangat cocok untuk desain ini.
• Menggabungkan detonasi dengan produksi listrik, menunjukkan penerapan praktis prototipe.

Dengan memanfaatkan hidrogen, desain turbin detonasi ini berada dalam kelas tersendiri, alih‑alih dibandingkan dengan turbin berbahan bakar gas yang matang dan terbukti secara ekonomi. Hal ini mengubah potensi kelemahan turbin detonasi, terutama kebutuhan akan tekanan tinggi dan reaktivitas ekstrem bahan bakar yang digunakan, menjadi keunggulan.

Pada saat yang sama, teknologi ini diposisikan sebagai konsep yang tahan masa depan, karena bukan jenis turbin yang akan menjadi usang seiring berkurangnya bahan bakar fosil.

Dalam jangka panjang, ini dapat memiliki aplikasi di luar pembangkitan listrik. Khususnya, penerbangan dapat menggunakan turbin serupa, karena turbin detonasi berbahan bakar fosil lainnya sudah sedang diuji, khususnya Mesin Detonasi Ram‑Rotor (RRDE), yang dapat menjadi generasi ketiga propulsi pesawat, setelah mesin turbojet dan ramjet.

Berinvestasi pada Turbin Daya

GE Vernova

Ketika membahas turbin yang digunakan untuk pembangkit listrik, satu perusahaan telah ada sejak penerapan pertama teknologi ini, dan masih menjadi pemimpin global hingga saat ini: General Electric.

Setelah pemecahan konglomerat industri raksasa menjadi tiga perusahaan terpisah, bagian perusahaan yang mewarisi teknologi turbin dan pembangkit listrik kini disebut GE Vernova.

Saat ini, perusahaan masih menjadi ahli dalam segala hal yang berputar, dengan 55.000 turbin angin GE dan 7.000 turbin gas GE yang beroperasi. Bersama banyak pembangkit listrik tenaga air dan nuklir yang juga dilengkapi turbin GE, mereka menghasilkan sekitar 25% dari total listrik dunia.

Sumber: GE Vernova

Hal ini menjadikan GE sebagai referensi untuk turbin daya, tidak hanya dengan gas, tetapi benar‑benar dengan bahan bakar atau sumber energi apa pun untuk membuatnya berputar, termasuk gas, uap, dan air.

Ini karena keahlian GE tidak hanya terletak pada cara menangani bahan bakar atau pembakaran, tetapi juga pada ilmu material untuk membuat turbin sekuat dan seefisien mungkin sekaligus lebih murah dan ringan, dengan paten unik dan model virtual yang membentuk keunggulan kompetitif yang tahan lama.

Dengan demikian, turbin GE Vernova menjadi pilihan utama bagi sebagian besar perusahaan utilitas terbesar di dunia.

Sumber: GE Vernova

Jadi peralihan ke hidrogen dapat diharapkan, dan perusahaan sudah berkembang di segmen seperti kompresor hidrogen dan desain turbin hidrogen miliknya sendiri dengan sudah tercatat 10 juta jam operasi, menunjukkan keahliannya dalam menangani gas yang sering berbahaya dan sulit dimanfaatkan ini.

“Sebagai turbin gas secara inheren fleksibel bahan bakar, mereka dapat dikonfigurasi untuk beroperasi dengan hidrogen hijau atau bahan bakar serupa sebagai unit baru, atau ditingkatkan bahkan setelah layanan panjang dengan bahan bakar tradisional. Pengalaman luas GE Vernova di bidang ini memungkinkan insinyur kami memahami dampak penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar turbin gas.”

Investor di GE sebaiknya fokus dalam jangka pendek pada turbin angin dan gas yang ada, serta turbin hidro & nuklir, yang merupakan mayoritas bisnis perusahaan dalam 10 tahun ke depan.

Namun kemungkinan peningkatan jangka panjang pada pembangkit yang ada ke hidrogen membuat bisnis ini secara inheren tahan banting, bersama dengan teknologi lain di mana GE Vernova juga banyak menginvestasikan R&D, seperti penangkap karbon, SMR, High Voltage Direct Current (HVDC), penyimpanan energi, tungku listrik, pompa panas industri, dll.

Berita Saham dan Perkembangan Terbaru GE Vernova (GEV)