Turbina a Idrogeno senza compressore batte il record della NASA

Quando si tratta di produzione di energia, oggi abbiamo una visione del futuro con pannelli solari a terra, o forse anche in orbita, che trasformano la luce solare in elettricità, con alla fine un parco di batterie per immagazzinare l’energia la sera.

Ma nella pratica, l’elettricità è ancora per lo più prodotta da turbine massicce rotanti, alimentate dalla combustione di combustibili fossili (gas, carbone) o dal vapore generato dal calore delle reazioni nucleari, o dal flusso d’acqua negli impianti idroelettrici. Sebbene un giorno potrebbe diventare obsoleta, questo tipo di installazione è ancora il fulcro dei nostri sistemi energetici.

Una ragione è che, oltre ad essere una tecnologia ben compresa, tali turbine hanno il vantaggio di stabilizzare la frequenza della rete elettrica. Questo perché le turbine rotanti producono naturalmente corrente alternata, usata per la trasmissione a lunga distanza, e la massa stessa della turbina fornisce inerzia alla frequenza della rete. Al contrario, i pannelli solari producono solo energia in corrente continua, senza capacità di stabilizzare la rete.

Questo tema sta diventando sempre più importante, come illustrato da la stabilità in calo della frequenza della rete elettrica, poiché i vecchi grandi generatori rotanti vengono sostituiti dai pannelli solari, un problema che è stato al centro del crollo massiccio del 2025 della rete elettrica iberica (Spagna + Portogallo) .

Tuttavia, il nucleare è ancora controverso e lento da implementare, mentre i siti per gli impianti idroelettrici sono per lo più esauriti in molti paesi. Quindi, se vogliamo turbine affidabili, attivabili in qualsiasi momento e che aiutino anche la rete elettrica, sembrava che saremmo destinati a usare il gas naturale per molti decenni.

Questo potrebbe non essere più vero a lungo, poiché i ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Germania hanno stabilito un record di durata con una nuova turbina senza compressore alimentata da idrogeno. Poiché l’idrogeno verde può essere prodotto da energia rinnovabile, ciò aprirebbe la strada a una rete elettrica alimentata da idrogeno verde, soprattutto nei periodi in cui il sole non brilla e il vento non soffia abbastanza da fornire energia alla rete.

I ricercatori hanno presentato i risultati alla Hannover Messe 2026.

Come usare l'idrogeno

Quando si tratta di far diventare l'idrogeno una parte centrale dei nostri sistemi energetici, i ricercatori hanno due diversi tipi di problemi da risolvere.

Il primo è produrre idrogeno verde a un costo sufficientemente basso da essere competitivo con i combustibili fossili e le altre alternative rinnovabili + batterie. Questo è un campo che sta facendo rapidi progressi, poiché tra le diverse opzioni ci sono catalizzatori più economici come silicon carbide, cobalt, nickel, o una lega di rutenio, silicio e tungsteno, o persino coprodurre idrogeno verde e acqua potabile.

Un altro quesito è come trasformare l'idrogeno prodotto nuovamente in energia. Un modo sono le celle a combustibile, che trasformano l'idrogeno in elettricità direttamente tramite una reazione elettrochimica, come quelle prodotte da Plug Power (PLUG ). Questa è un'idea promettente, ma spesso richiede catalizzatori costosi e un design della cella complesso.

Un'altra opzione, e in qualche modo più semplice, è semplicemente bruciare l'idrogeno come facciamo con il gas naturale. Questo può essere fatto per i veicoli in un motore a combustione interna molto simile a un motore a gas, un argomento che potete approfondire nel nostro articolo “5 motori a combustione di idrogeno pronti a rompere gli schemi”.

Per la combustione di dimensioni molto maggiori e la produzione elettrica su larga scala, anche le turbine a idrogeno stanno diventando una tecnologia più matura e una terza opzione per utilizzare questo combustibile.

La prossima generazione di turbine

L'inefficienza delle turbine tradizionali

La tecnologia impiegata dai ricercatori in questo studio potrebbe essere particolarmente utile per le turbine a idrogeno, ma non è limitata a questo specifico combustibile.

Il concetto fondamentale è che le turbine a gas tradizionali consumano circa metà della propria potenza per comprimere l’aria necessaria al funzionamento. Raggiungono quindi un’efficienza termica di appena il 35-40%, che sale al 55-64% se il calore di scarico alimenta una turbina a vapore secondaria.

«Una turbina a gas convenzionale, come quelle utilizzate nelle centrali elettriche o sotto le ali degli aerei, consuma circa il 50% della propria potenza per comprimere l’aria all’alta pressione necessaria a una combustione efficiente: potenza che quindi non è disponibile per produrre elettricità».

Professor Daniel Banuti, direttore dell’Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

La compressione è necessaria perché crea l’alta pressione richiesta per innescare il combustibile.

Detonazioni per sostituire la compressione

In questo progetto i ricercatori hanno sostituito la compressione con onde di detonazione all’interno della camera di combustione.

Queste onde nascono da un’instabilità fluidodinamica che genera configurazioni di onde e vortici nel flusso del gas. Il sistema elimina così del tutto la necessità di compressori meccanici ad alto consumo energetico, risparmiando energia, riducendo il numero di parti mobili e aumentando l’efficienza.

Un ulteriore vantaggio è la riduzione delle parti mobili, che semplifica sempre la progettazione e la manutenzione.

Questo progetto può funzionare anche con combustibili diversi dall’idrogeno, ma l’idrogeno è particolarmente adatto alle turbine a detonazione: reagisce molto rapidamente e può produrre aumenti di pressione stabili.

Complessità delle turbine a detonazione

La difficoltà delle turbine a detonazione è insita nel nome: invece di una normale combustione, il gas iniettato nella turbina esplode letteralmente. Mantenere la turbina in funzione senza danneggiarla può quindi essere difficile.

In questo esperimento i ricercatori sono riusciti a mantenerla in funzione senza danni per il tempo record di 303 secondi. Cinque minuti possono sembrare pochi, ma superano di gran lunga i test precedenti, durati soltanto frazioni di secondo, e anche il precedente record NASA di 250 secondi, ottenuto senza idrogeno.

Un’altra sfida consiste nel trasformare combustione e detonazioni in elettricità, poiché le reazioni rapide e intense nella camera rendono difficile trasferire energia alla turbina in modo stabile. Senza un trasferimento stabile non si ottiene la rotazione regolare necessaria alla generazione elettrica.

«È estremamente difficile, perché i processi di combustione molto rapidi e intensi nella camera rendono complesso il trasferimento stabile di energia alla turbina. Siamo i primi ad aver fatto funzionare con successo una turbina di questo tipo producendo elettricità».

Professor Daniel Banuti, direttore dell’Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Applicazioni potenziali

L’aspetto centrale del prototipo è aver dimostrato contemporaneamente tre concetti sperimentali:

• Far funzionare con successo una turbina a detonazione per diversi minuti.
• Utilizzare l'idrogeno per alimentarla, dimostrando che il profilo chimico unico dell'idrogeno è particolarmente adatto a questo design.
• Accoppiare le detonazioni alla produzione di elettricità, dimostrando l'applicazione pratica del prototipo.

L’impiego dell’idrogeno colloca questa turbina a detonazione in una categoria a sé, anziché imporre il confronto con turbine a gas mature ed economicamente collaudate. Le potenziali debolezze delle turbine a detonazione, in particolare la necessità di alta pressione e l’estrema reattività del combustibile, diventano così punti di forza.

Al tempo stesso, la tecnologia risulta adatta al futuro, poiché non è un tipo di turbina destinato a diventare obsoleto con la progressiva eliminazione dei combustibili fossili.

Nel lungo periodo le applicazioni potrebbero andare oltre la produzione di elettricità. L’aviazione, in particolare, potrebbe usare turbine simili: sono già in prova altre turbine a detonazione alimentate da combustibili fossili, tra cui i Ram-Rotor Detonation Engine (RRDE), che potrebbero diventare la terza generazione della propulsione aeronautica dopo turbogetti e statoreattori.

Investire nelle turbine elettriche

GE Vernova

Nel campo delle turbine per la produzione elettrica, una società è presente fin dalle prime applicazioni della tecnologia ed è tuttora leader mondiale: General Electric.

Dopo la divisione del gigantesco conglomerato industriale in tre società distinte, l’azienda che ha ereditato le tecnologie per turbine e generazione elettrica si chiama oggi GE Vernova (GEV ).

Oggi la società resta specialista in tutto ciò che ruota: sono in esercizio 55.000 turbine eoliche GE e 7.000 turbine a gas GE. Insieme alle numerose centrali idroelettriche e nucleari dotate anch’esse di turbine GE, generano circa il 25% dell’elettricità mondiale.

Ciò fa di GE un punto di riferimento per le turbine di potenza, non soltanto a gas ma alimentate da qualsiasi combustibile o fonte capace di farle ruotare, compresi gas, vapore e acqua.

La competenza di GE non riguarda soltanto la gestione del combustibile o della combustione, ma anche la scienza dei materiali, necessaria per rendere le turbine quanto più resistenti ed efficienti possibile, riducendone al contempo costo e peso. Brevetti esclusivi e modelli virtuali formano così un vantaggio competitivo durevole.

Per questo le turbine GE Vernova rappresentano la scelta principale di molte tra le maggiori utility mondiali.

Il passaggio all’idrogeno è quindi prevedibile. La società sta già crescendo in segmenti come i compressori a idrogeno e le proprie turbine a idrogeno , che hanno già accumulato 10 milioni di ore di funzionamento e dimostrano la capacità di gestire un gas spesso pericoloso e difficile da utilizzare.

“Poiché le turbine a gas sono intrinsecamente compatibili con più combustibili, possono essere configurate fin dall’origine per funzionare con idrogeno verde o combustibili simili, oppure aggiornate anche dopo un lungo servizio con combustibili tradizionali. L’ampia esperienza sul campo di GE Vernova consente ai nostri ingegneri di comprendere l’impatto dell’uso dell’idrogeno come combustibile per turbine a gas».

Nel breve termine gli investitori in GE dovrebbero concentrarsi sulle turbine eoliche e a gas esistenti, oltre che su quelle idroelettriche e nucleari, che costituiranno la maggior parte dell’attività della società nei prossimi dieci anni.

La possibilità di convertire nel lungo periodo gli impianti esistenti all’idrogeno rende però l’attività intrinsecamente resiliente. A ciò si affiancano tecnologie nelle quali GE Vernova investe molto in ricerca e sviluppo, come cattura del carbonio, reattori modulari di piccole dimensioni, corrente continua ad alta tensione (HVDC), accumulo energetico, forni elettrici e pompe di calore industriali.

Ultime notizie e sviluppi delle azioni GE Vernova (GEV)

Il business è intrinsecamente resiliente, insieme ad altre tecnologie in cui GE Vernova sta investendo molto in R&D, come la cattura del carbonio, SMR, Alta Tensione a Corrente Diretta (HVDC), stoccaggio di energia, forni elettrici, pompe di calore industriali, ecc.