Compressorleloze Waterstofturbine Verslaat NASA-record

Als het gaat om energieproductie, hebben we vandaag een toekomstvisie met zonnepanelen op de grond, of misschien zelfs in een baan, die zonlicht omzetten in elektriciteit, met uiteindelijk een batterijpark om energie op te slaan in de avond.

In de praktijk wordt elektriciteit echter nog steeds voornamelijk geproduceerd door enorme draaiende turbines, aangedreven door verbranding van fossiele brandstoffen (gas, kolen) of door de stoom die wordt gegenereerd door de hitte van nucleaire reacties, of door de waterstroom in waterkrachtcentrales. Hoewel dit op een dag verouderd kan raken, blijft dit type installatie de kern van onze energiesystemen.

Een reden is dat, naast het feit dat het een goed begrepen technologie is, dergelijke turbines het voordeel hebben de frequentie van het elektriciteitsnet te stabiliseren. Dit komt omdat draaiende turbines van nature wisselstroom produceren, die wordt gebruikt voor langeafstandstransmissie, en de enorme massa van de turbine inertie aan de netfrequentie levert. Daarentegen produceren zonnepanelen alleen gelijkstroom, zonder capaciteit om het net te stabiliseren.

Dit wordt een steeds belangrijker onderwerp, zoals geïllustreerd door de afnemende stabiliteit van de frequentie van het elektriciteitsnet, nu de oude grote draaiende generatoren worden vervangen door zonnepanelen, een probleem dat centraal stond in de enorme ineenstorting van het Iberische (Spanje + Portugal) stroomnet in 2025.

Kernenergie blijft echter controversieel en traag in de uitrol, terwijl locaties voor waterkrachtcentrales in veel landen grotendeels uitgeput zijn. Dus als we betrouwbare, op elk moment inzetbare turbines willen die ook het elektriciteitsnet helpen, leek het alsof we nog vele decennia afhankelijk zouden blijven van aardgas.

Dit zal misschien niet veel langer waar blijven, aangezien onderzoekers van het Duitse Karlsruhe Institute of Technology (KIT) een recordruntime hebben neergezet met een nieuwe compressorleloze turbine op waterstof. Omdat groene waterstof kan worden geproduceerd uit hernieuwbare energie, zou dit de weg openen naar een elektriciteitsnet dat wordt aangedreven door groene waterstof, vooral in periodes waarin de zon niet schijnt en de wind niet genoeg waait om het net te voorzien.

Ze presenteerden hun bevindingen op de Hannover Messe 2026.

Hoe Waterstof te Gebruiken

Als het gaat om waterstof een centraal onderdeel van onze energiesystemen te laten worden, hebben onderzoekers twee verschillende soorten problemen op te lossen.

De eerste is om groene waterstof goedkoop genoeg te produceren zodat het concurrerend is met fossiele brandstoffen en andere hernieuwbare + batterijalternatieven. Dit is een veld dat snel vooruitgang boekt, aangezien onder verschillende opties kan worden gekozen voor goedkopere katalysatoren zoals siliciumcarbide, kobalt, nikkel, of een legering van ruthenium, silicium en wolfraam, of zelfs groene waterstof en drinkbaar water gelijktijdig produceren.

Een andere vraag is hoe de geproduceerde waterstof weer om te zetten in energie. Een manier is brandstofcellen, die waterstof direct omzetten in elektriciteit via een elektrochemische reactie, zoals die van Plug Power (PLUG ). Dit is een veelbelovend idee, maar vereist vaak dure katalysatoren en een complex celontwerp.

Een andere optie, en in zekere zin eenvoudiger, is simpelweg de waterstof te verbranden op dezelfde manier als we aardgas verbranden. Dit kan worden gedaan voor voertuigen in een verbrandingsmotor die zeer lijkt op een gasturbine, een onderwerp dat je verder kunt verkennen in ons artikel “5 Waterstofverbrandingsmotoren die de Norm Doorbreken”.

Nu worden waterstofturbines ook een veel rijpere technologie voor grootschalige verbranding en elektriciteitsproductie, en vormen ze een derde optie om waterstof te benutten.

De Volgende Generatie Turbines

 De Inefficiëntie van Traditionele Turbines

De technologie die de onderzoekers in deze studie gebruiken, kan bijzonder nuttig zijn voor waterstofturbines, maar is niet beperkt tot deze specifieke brandstof.

Het kernconcept is dat traditionele gasturbines ongeveer de helft van hun output nodig hebben voor luchtcompressie om te functioneren. Dit betekent dat ze slechts een thermisch rendement van 35% tot 40% behalen, en 55%–64% als de uitlaatwarmte wordt gebruikt om een secundaire stoomturbine aan te drijven.

“Een conventionele gasturbine, zoals die gebruikt in elektriciteitscentrales of onder vliegtuigvleugels, verbruikt ongeveer 50 procent van zijn vermogen om lucht te comprimeren tot de hoge druk die nodig is voor efficiënte verbranding – vermogen dat vervolgens niet beschikbaar is voor elektriciteitsopwekking,”
Prof. Daniel Banuti, directeur van het Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

De reden waarom compressie vereist is, is dat het wordt gebruikt om de noodzakelijke hoge druk te creëren die nodig is om de brandstof te ontsteken.

Detonaties ter Vervanging van Compressie

In dit ontwerp vervingen de onderzoekers compressie door detonatiewaves binnen de verbrandingskamer.

Deze golven ontstaan uit een vloeistofdynamische instabiliteit die patronen van golven en wervelingen in de gasstroom creëert. Hierdoor wordt de noodzaak voor energie‑intensieve mechanische compressoren volledig omzeild. Dit bespaart energie, vermindert het aantal bewegende delen en verhoogt de efficiëntie.

Een ander voordeel is dat deze methode het aantal bewegende delen vermindert, wat altijd bijdraagt aan een eenvoudiger ontwerp en onderhoudsprocessen.

Dit ontwerp kan worden gebruikt met andere brandstoffen dan waterstof, maar waterstof is bijzonder geschikt voor detonatieturbines: het reageert zeer snel en kan stabiele drukstijgingen produceren.

Complexiteit van Detonatieturbines

De moeilijkheid bij detonatieturbines zit in de naam: in plaats van een normaal verbrandingsproces explodeert het gas dat in de turbine wordt geïnjecteerd letterlijk. Het is dus moeilijk om de turbine draaiende te houden zonder schade.

In dit experiment slaagden de onderzoekers erin de turbine draaiende te houden zonder schade gedurende een record van 303 seconden. Hoewel dit kort kan lijken, is 5 volledige minuten werking veel langer dan de eerdere tests die slechts fracties van een seconde duurden. Het is ook langer dan NASA’s vorige record van 250 seconden, waarbij ook geen waterstof werd gebruikt.

Een andere uitdaging is om de verbranding/detonaties om te zetten in elektriciteit, omdat de snelle en krachtige reacties in de kamer het moeilijk maken om energie stabiel naar de turbine over te dragen. En zonder stabiele overdracht kun je geen stabiele rotatie hebben die nodig is voor stroomopwekking.

“Dit is extreem moeilijk omdat de zeer snelle en intense verbrandingsprocessen in de kamer de stabiele energietransfer naar de turbine uitdagend maken. Wij zijn de eerste die zo’n turbine succesvol heeft laten draaien en elektriciteit heeft opgewekt in het proces.”
Prof. Daniel Banuti, directeur van het Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Potentiële Toepassingen

Het belangrijkste onderdeel van dit prototype is dat het in één keer drie experimentele concepten demonstreerde:

• Een detonatieturbine succesvol laten draaien gedurende meerdere minuten.
• Waterstof gebruiken om deze aan te drijven, waarmee wordt aangetoond dat het unieke chemische profiel van waterstof bijzonder geschikt is voor dit ontwerp.
• De detonaties koppelen aan elektriciteitsproductie, waarmee de praktische toepassing van het prototype wordt aangetoond.

Door waterstof te gebruiken, plaatst dit ontwerp van detonatieturbine zich in een eigen klasse, in plaats van het te vergelijken met volwassen en economisch bewezen gasturbines. Dit maakt van de potentiële zwaktes van detonatieturbines, met name de noodzaak voor hoge druk en extreme reactiviteit van de gebruikte brandstof, een sterkte.

Tegelijkertijd positioneert dit de technologie als een toekomstbestendig concept, omdat het geen type turbine is dat verouderd zal raken naarmate fossiele brandstoffen worden uitgefaseerd.

Op de lange termijn zou dit toepassingen kunnen hebben buiten elektriciteitsopwekking. Met name de luchtvaart zou soortgelijke turbines kunnen gebruiken, aangezien andere op fossiele brandstoffen werkende detonatieturbines al worden getest, met name Ram‑Rotor Detonatie‑motoren (RRDE), die de derde generatie vliegtuigpropulsie zouden kunnen worden, na turbojet‑ en ramjetmotoren.

Investeren in Vermogensturbines

GE Vernova

Als het gaat om turbines die worden gebruikt voor stroomopwekking, is er één bedrijf dat er al bij is sinds de eerste inzet van deze technologie, en is nog steeds een wereldleider vandaag: General Electric.

Na de opsplitsing van het gigantische industriële conglomeraat in drie afzonderlijke bedrijven, heet het deel van het bedrijf dat de turbine‑ en stroomopwekkingstechnologie heeft geërfd nu GE Vernova.

Vandaag is het bedrijf nog steeds een expert in alles wat draait, met 55.000 GE-windturbines en 7.000 GE-gasturbines die momenteel in bedrijf zijn. Samen met vele water- en kerncentrales die ook zijn uitgerust met GE‑turbines, produceren ze ongeveer 25 % van de totale wereldwijde elektriciteit.

Bron: GE Vernova

Dit maakt GE een referentie voor vermogens­turbines, niet alleen met gas, maar echt elke brandstof of energiebron die ze kan laten draaien, inclusief gas, stoom en water.

Dit komt doordat de expertise van GE niet alleen ligt in het omgaan met de brandstof of verbranding, maar ook in materiaalkunde om de turbine zo resistent en efficiënt mogelijk te maken, terwijl hij ook goedkoper en lichtgewicht is, met unieke patenten en virtuele modellen die een duurzaam concurrentievoordeel vormen.

Daarom zijn GE Vernova‑turbines de primaire keuze voor de meeste van ‘s werelds grootste nutsbedrijven.

Bron: GE Vernova

Dus de overstap naar waterstof is te verwachten, en het bedrijf groeit al in segmenten zoals waterstofcompressoren en zijn eigen ontwerpen van waterstofturbines met al 10 miljoen geregistreerde bedrijfsuren, wat hun vaardigheid aantoont in het omgaan met dit vaak gevaarlijke en moeilijk te benutten gas.

“Omdat gasturbines van nature brandstof‑flexibel zijn, kunnen ze worden geconfigureerd om te werken op groene waterstof of vergelijkbare brandstoffen als een nieuwe eenheid, of zelfs worden opgewaardeerd na langdurige service met traditionele brandstoffen. De brede veldervaring van GE Vernova stelt onze ingenieurs in staat de impact van het gebruik van waterstof als gasturbine‑brandstof te begrijpen.”

Investeerders in GE moeten zich op de korte termijn richten op de bestaande wind‑ en gasturbines, evenals water‑ en kerncentralturbines, die het grootste deel van de bedrijfsactiviteiten van het bedrijf vormen in de komende 10 jaar.

Maar de mogelijkheid van een langetermijnupgrade van bestaande installaties naar waterstof maakt het bedrijf van nature veerkrachtig, naast andere technologieën waarin GE Vernova ook veel R&D investeert, zoals koolstofafvang, SMR’s, High Voltage Direct Current (HVDC), energieopslag, elektrische ovens, industriële warmtepompen, enz.

Laatste GE Vernova (GEV) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen