エネルギー
コンプレッサーなし水素タービンがNASA記録を破る
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エネルギー生産に関して、私たちは現在、地上や軌道上に設置された太陽光パネルが日光を電気に変換し、最終的には夜間にエネルギーを蓄えるバッテリーパークがあるという未来像を描いています。
しかし実際には、電力は依然として大量の回転タービンによって主に生産されており、化石燃料（ガス、石炭）の燃焼や、核反応の熱で生成された蒸気、または水力発電所の水流によって駆動されています。この種の設備は将来的に時代遅れになる可能性がありますが、依然としてエネルギーシステムの核心です。
その理由の一つは、よく理解された技術であるだけでなく、こうしたタービンは電力網の周波数を安定させる利点があるからです。回転タービンは自然に交流電流を生成し、長距離送電に使用され、タービン自体の質量が電力網の慣性を提供します。対照的に、太陽光パネルは直流電力しか生成せず、電力網を安定させる能力がありません。
これは、古い大型回転発電機が太陽光パネルに置き換えられることで電力網周波数の安定性が低下しているという問題が、2025年にイベリア（スペイン＋ポルトガル）電力網が大規模に崩壊したという事例で示すように、ますます重要なテーマとなっています。
しかし、原子力は依然として議論の的で導入が遅く、水力発電所の立地は多くの国でほぼ枯渇しています。そのため、いつでも稼働でき、電力網の安定化にも寄与するタービンを求めるなら、数十年は天然ガスを使用し続けるしかないように思われました。
しかし、ドイツのカールスルーレ工科大学（KIT）の研究者たちが、圧縮機なしで水素を燃料とした新しいタービンで記録的な稼働時間を達成したことで、状況は変わりつつあります。グリーン水素は再生可能エネルギーから生成できるため、太陽が照らさない時や風が十分に吹かない時でも、グリーン水素で電力網を賄う道が開かれます。
彼らは2026年のハノーバーメッセで研究成果を発表しました。
水素の活用方法
水素をエネルギーシステムの中心に据えるにあたり、研究者は解決すべき二つの異なる課題を抱えています。
第一の課題は、化石燃料や他の再生可能エネルギー＋バッテリー代替策と競争できるほど安価にグリーン水素を生産することです。この分野は急速に進展しており、シリコンカーバイド、コバルト、ニッケル、あるいはルテニウム・シリコン・タングステン合金、さらにはグリーン水素と飲料水の同時生成といった安価な触媒が検討されています。
もう一つの課題は、生成した水素を再びエネルギーに変換する方法です。一つの方法は燃料電池で、Plug Powerが製造するもののように、電気化学反応で直接電気に変換します(PLUG )。これは有望なアイデアですが、しばしば高価な触媒や複雑なセル設計が必要です。
別の選択肢として、よりシンプルに水素を天然ガスと同様に燃焼させる方法があります。これはガソリンエンジンに似た内燃機関で実現でき、詳細は当記事「5つの水素燃焼エンジンが常識を覆す」でご覧ください。
はるかに大規模な燃焼と大規模発電を目指す場合、水素タービンもますます成熟した技術となり、第三の選択肢として注目されています。
次世代タービン
従来タービンの非効率性
本研究で使用された技術は水素タービンに特に有用ですが、特定の燃料に限定されるわけではありません。
重要な概念は、従来のガスタービンは運転に必要な空気圧縮に出力の約半分を費やす必要があるということです。その結果、熱効率は35％から40％にとどまり、排熱を二次蒸気タービンに利用すれば55％～64％に上がります。
“従来のガスタービン（発電所や航空機の翼下で使用されるものなど）は、効率的な燃焼に必要な高圧を得るために電力の約50％を空気圧縮に使用します。この圧縮に使われた電力は電力生成には利用できません。”
Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).
圧縮が必要になる理由は、燃料の点火に必要な高圧を作り出すためです。
圧縮の代わりにデトネーション
この設計では、研究者は燃焼室内でデトネーション波を利用して圧縮を置き換えました。
これらの波は流体力学的不安定性から生じ、ガス流れに波と渦のパターンを形成します。これにより、エネルギーを大量に消費する機械式コンプレッサーが不要となり、エネルギー節約、可動部品の削減、効率向上が実現します。
もう一つの利点は、可動部品が減少することで設計やメンテナンスがシンプルになる点です。
この設計は水素以外の燃料でも運転可能ですが、水素はデトネーションタービンに特に適しています。なぜなら、水素は非常に速く反応し、安定した圧力上昇を生み出すからです。
デトネーションタービンの複雑さ
デトネーションタービンの難しさは名前の通りです。通常の燃焼プロセスではなく、タービンに注入されたガスが文字通り爆発するため、タービンを損傷させずに稼働させ続けることが困難です。
この実験では、研究者は記録的な303秒間、損傷なしで稼働させることに成功しました。短く聞こえるかもしれませんが、従来のテストは数分の一秒程度で、NASAの以前の記録である250秒（水素未使用）をも上回ります。
もう一つの課題は、燃焼／デトネーションを電力に変換することです。燃焼室内の急速で強力な反応により、エネルギーをタービンに安定的に伝達するのが難しく、安定した回転が得られなければ発電は不可能です。
“燃焼室内の非常に高速で激しい燃焼プロセスにより、タービンへの安定したエネルギー伝達が困難になるため、これは極めて難しい課題です。我々は初めてこのようなタービンを安定稼働させ、電力を生成することに成功しました。”
Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).
潜在的な応用
このプロトタイプの重要な点は、以下の三つの実験概念を同時に実証したことです：
- デトネーションタービンを数分間連続稼働させたこと。
- 水素で駆動し、水素の独自の化学特性がこの設計に特に適合することを示したこと。
- デトネーションを電力生成に結び付け、プロトタイプの実用性を示したこと。
水素を利用することで、このデトネーションタービンは成熟したガスパワータービンと比較できない独自のクラスに位置付けられ、デトネーションタービンの潜在的な弱点である高圧と燃料の極端な反応性が強みへと転換されます。
同時に、この技術は化石燃料が段階的に廃止されても陳腐化しない、将来性のあるコンセプトとして位置付けられます。
長期的には、電力生成以外の応用も期待されます。特に航空分野では、既にテストが進められているラムローターデトネーションエンジン（RRDE）など、他の化石燃料駆動デトネーションタービンが試験中であり、これらがターボジェット・ラムジェットに続く第3世代の航空推進装置になる可能性があります。
パワータービンへの投資
GE Vernova
GEV 価格チャート
電力生成に使用されるタービンに関しては、最初の導入から現在に至るまで常にリーダーであり続けている企業があります。それがゼネラル・エレクトリック（General Electric）です。
巨大産業コングロマリットが三つの独立企業に分割された後、タービンと電力生成技術を継承した部門は現在、GE Vernovaと呼ばれています。
現在、同社は回転系のエキスパートであり、55,000基のGE風力タービンと7,000基のGEガスタービンが稼働しています。さらに多くの水力・原子力発電所にもGEタービンが装備され、世界の総電力の約25％を供給しています。
出典: GE Vernova
このことから、GEはガスだけでなく、ガス、蒸気、水などあらゆる燃料やエネルギー源でタービンを回転させることができる、パワータービンの基準となる存在です。
GEの強みは燃料や燃焼の取り扱いだけでなく、材料科学にもあり、タービンをできるだけ耐久性が高く効率的で、かつ軽量かつ低コストにするための独自特許やバーチャルモデルで持続的な競争優位性を築いています。
そのため、GE Vernovaのタービンは世界最大級のユーティリティ企業の主要選択肢となっています。
出典: GE Vernova
したがって、水素への転換は予想通りであり、同社はすでに水素圧縮機や独自設計の水素タービンといった分野で成長しており、1,000万時間以上の稼働実績を持ち、この危険で扱いにくいガスへの対応力を示しています。
“ガスタービンは本質的に燃料柔軟性があるため、グリーン水素や類似燃料で新規ユニットとして稼働させることも、既存ユニットを従来燃料からアップグレードすることも可能です。GE Vernovaの幅広い現場経験により、エンジニアは水素をガスタービン燃料として使用する影響を正確に把握できます。”
GEの投資家は、短期的には風力・ガスタービン、そして水力・原子力タービンに注目すべきです。これらが同社の今後10年間の事業基盤を構成します。
しかし、既存プラントを水素へ長期的にアップグレードできる可能性により、事業は本質的に回復力があり、GE Vernovaが多くの研究開発を行っている他の技術、例えば炭素回収、SMR、高電圧直流（HVDC）、エネルギー貯蔵、電気炉、産業用ヒートポンプなどと合わせて、
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