Kompressorfri hydrogen-turbin slår NASA-rekord

Når det gjelder energiproduksjon, har vi i dag en fremtidsvisjon med solcellepaneler på bakken, eller kanskje til og med i bane, som omdanner sollys til elektrisitet, med etter hvert et batteripark for å lagre energi om kvelden.

Men i praksis produseres elektrisitet fortsatt for det meste av massive roterende turbiner, drevet av forbrenning av fossile brensler (gass, kull) eller av damp generert av varmen fra kjernefysiske reaksjoner, eller av vannstrømmen i vannkraftverk. Selv om dette kan bli foreldet en dag, er denne typen installasjon fortsatt kjernen i våre energisystemer.

En grunn er at, i tillegg til å være en velkjent teknologi, har slike turbiner fordelen at de stabiliserer frekvensen i strømnettet. Dette skyldes at roterende turbiner naturlig produserer vekselstrøm, som brukes til langdistansetransmisjon, og turbinenes enorme masse gir treghet til nettfrekvensen. Til sammenligning produserer solcellepaneler kun likestrøm, uten evne til å stabilisere strømnettet.

Dette blir et stadig viktigere tema, som illustrert av den synkende stabiliteten i strømnettets frekvens, ettersom de gamle store roterende generatorene erstattes av solcellepaneler, et problem som lå i kjernen av det massive strømnettkrasjet i Den iberiske (Spania + Portugal) regionen i 2025.

Kjernekraft er imidlertid fortsatt kontroversielt og tregt å sette i drift, mens steder for vannkraftverk i mange land stort sett er uttømt. Så hvis vi ønsker pålitelige turbiner som kan aktiveres når som helst og som også hjelper strømnettet, så syntes det som om vi måtte fortsette å bruke naturgass i mange tiår.

Dette kan snart vise seg å være feil, ettersom forskere ved det tyske Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har satt en rekord i driftstid med en ny kompressorfri turbin drevet av hydrogen. Siden grønn hydrogen kan produseres fra fornybar energi, vil dette åpne veien til et strømnett drevet av grønn hydrogen, spesielt i perioder når solen ikke skinner og vinden ikke blåser nok til å forsyne nettet.

De presenterte sine funn på Hannover Messe 2026.

Hvordan bruke hydrogen

Når det gjelder å få hydrogen til å bli en sentral del av våre energisystemer, har forskerne to ulike typer problemer å løse.

Den første er å produsere grønn hydrogen billig nok til at den er konkurransedyktig med fossile brensler og andre fornybare + batterialternativer. Dette er et felt som gjør raske fremskritt, da ulike alternativer kan være å bruke billigere katalysatorer som silisiumkarbid, kobolt, nikkel, eller en legering av rutenium, silisium og wolfram, eller til og med samprodusere grønn hydrogen og drikkevann.

Et annet spørsmål er hvordan man kan omdanne den produserte hydrogenen tilbake til energi. En måte er brenselceller, som direkte omdanner hydrogen til elektrisitet gjennom en elektro‑kjemisk reaksjon, som de som produseres av Plug Power (PLUG ). Dette er en lovende idé, men krever ofte dyre katalysatorer og kompleks celleutforming.

Et annet alternativ, og på en måte enklere, er simpelthen å brenne hydrogen på samme måte som vi brenner naturgass. Dette kan gjøres for kjøretøy i en forbrenningsmotor som er svært lik en gasskraftmotor, et tema du kan utforske videre i vår artikkel «5 hydrogenforbrenningsmotorer som skal bryte mønsteret».

Nå blir hydrogen‑turbiner også en mye mer moden teknologi for større forbrenning og storskala elektrisitetsproduksjon, og utgjør et tredje alternativ for å utnytte hydrogen.

Neste generasjon turbiner

Ineffektiviteten til tradisjonelle turbiner

Teknologien som forskerne i denne studien bruker, kan være spesielt nyttig for hydrogen‑turbiner, men er ikke begrenset til dette spesifikke drivstoffet.

Hovedkonseptet er at tradisjonelle gasturbiner krever omtrent halvparten av sin effekt til luftkomprimering for å fungere. Dette betyr at de kun oppnår en termisk effektivitet på 35 % til 40 %, og 55 %–64 % dersom eksosvarmen brukes til å drive en sekundær dampturbin.

“En konvensjonell gasturbin, slik som de som brukes i kraftverk eller under flyvinger, bruker omtrent 50 % av sin kraft til å komprimere luft til det høye trykket som kreves for effektiv forbrenning – kraft som da ikke er tilgjengelig for elektrisitetsgenerering,”
Professor Daniel Banuti, direktør for Institutt for termisk energiteknologi og sikkerhet (ITES).

Grunnen til at komprimering er nødvendig, er at den brukes til å skape det nødvendige høye trykket som får drivstoffet til å antennes.

Detonasjoner som erstatter komprimering

I dette designet erstattet forskerne komprimeringen med detonasjonsbølger inne i forbrenningskammeret.

Disse bølgene oppstår fra en fluidmekanisk ustabilitet som skaper bølgemønstre og virvler i gassstrømmen. På denne måten omgår man helt behovet for energikrevende mekaniske kompressorer. Dette sparer energi, reduserer antall bevegelige deler og øker effektiviteten.

En annen fordel er at denne metoden reduserer antall bevegelige deler, noe som alltid bidrar til enklere design‑ og vedlikeholdsprosesser.

Dette designet kan brukes med andre drivstoff enn hydrogen, men hydrogen er spesielt egnet for detonasjonsturbiner: det reagerer svært raskt og kan skape stabile trykkøkninger.

Kompleksiteten til detonasjonsturbiner

Vanskeligheten med detonasjonsturbiner ligger i navnet: i stedet for en normal forbrenningsprosess eksploderer gassen som injiseres i turbinen bokstavelig talt. Så det kan være vanskelig å holde turbinen i drift uten å skade den.

I dette eksperimentet klarte forskerne å holde den i drift uten skade i en rekord på 303 sekunder. Selv om dette kan høres kort ut, er 5 hele minutter med drift mye lenger enn de tidligere testene som bare varte noen brøkdeler av et sekund. Det er også lengre enn NASAs tidligere rekord på 250 sekunder, som heller ikke brukte hydrogen.

En annen utfordring er å omdanne forbrenningen/detonasjonene til elektrisitet, da de raske og kraftige reaksjonene i kammeret gjør det vanskelig å overføre energi til turbinen på en stabil måte. Uten stabil overføring kan man ikke oppnå den stabile rotasjonen som kreves for kraftproduksjon.

“Dette er ekstremt vanskelig fordi de svært raske og intense forbrenningsprosessene i kammeret gjør stabil energioverføring til turbinen utfordrende. Vi er de første som med suksess har driftet en slik turbin og generert elektrisitet i prosessen.”
Professor Daniel Banuti, direktør for Institutt for termisk energiteknologi og sikkerhet (ITES).

Potensielle anvendelser

Den viktigste delen av denne prototypen er at den demonstrerte samtidig tre eksperimentelle konsepter:

• Å kjøre en detonasjonsturbin vellykket i flere minutter.
• Å bruke hydrogen som drivkraft, og demonstrere at hydrogens unike kjemiske profil er spesielt egnet for dette designet.
• Å koble detonasjonene til elektrisitetsproduksjon, og demonstrere den praktiske anvendelsen av prototypen.

Ved å bruke hydrogen plasserer dette designet av detonasjonsturbin i en egen klasse, i stedet for å sammenligne det med modne og økonomisk beviste gasturbiner. Dette gjør de potensielle svakhetene ved detonasjonsturbiner, spesielt behovet for høyt trykk og ekstrem reaktivitet av drivstoffet, til en styrke.

Samtidig posisjonerer dette teknologien som et fremtidsrettet konsept, da det ikke er en type turbin som vil bli foreldet når fossilt brensel fases ut.

På lang sikt kan dette ha anvendelser utover elektrisitetsproduksjon. Spesielt kan luftfart bruke lignende turbiner, ettersom andre fossilt brensel‑drevne detonasjonsturbiner allerede testes, spesielt Ram‑Rotor Detonation Engines (RRDE), som kan bli den tredje generasjonen av flypropulsjon, etter turbojet‑ og ramjet‑motorer.

Investere i kraftturbiner

GE Vernova

Når det gjelder turbiner som brukes til kraftproduksjon, har ett selskap vært der siden de første implementeringene av denne teknologien, og er fortsatt en global leder i dag: General Electric.

Etter oppsplittingen av det gigantiske industrielle konglomeratet i tre separate selskaper, er den delen av selskapet som arvet turbinen‑ og kraftgenerasjonsteknologien nå kalt GE Vernova.

I dag er selskapet fortsatt ekspert på alt som roterer, med 55 000 GE‑vindturbiner og 7 000 GE‑gasturbiner i drift. Sammen med mange vann‑ og kjernekraftverk som også er utstyrt med GE‑turbiner, genererer de omtrent 25 % av verdens totale elektrisitet.

Kilde: GE Vernova

Dette gjør GE til en referanse for kraftturbiner, ikke bare med gass, men virkelig enhver drivstoff‑ eller energikilde som får dem til å rotere, inkludert gass, damp og vann.

Dette skyldes at GE sin ekspertise ikke bare ligger i hvordan man håndterer drivstoffet eller forbrenningen, men også i materialvitenskap for å gjøre turbinen så motstandsdyktig og effektiv som mulig, samtidig som den er billigere og lett, med unike patenter og virtuelle modeller som danner en holdbar konkurransefordel.

Dermed er GE Vernova‑turbiner det primære valget for de fleste av verdens største kraftselskap.

Kilde: GE Vernova

Så overgangen til hydrogen er å forvente, og selskapet vokser allerede i segmenter som hydrogenkompressorer og egne design av hydrogen‑turbiner med allerede 10 millioner registrerte driftstimer, noe som demonstrerer deres dyktighet i håndtering av dette ofte farlige og vanskelig utnyttbare gassen.

“Ettersom gasturbiner er iboende drivstofffleksible, kan de konfigureres til å operere på grønn hydrogen eller lignende drivstoff som en ny enhet, eller oppgraderes selv etter langvarig drift på tradisjonelle drivstoff. GE Vernova sin brede felt‑erfaring gjør at våre ingeniører kan forstå virkningen av å bruke hydrogen som drivstoff i en gasturbin.”

Investorer i GE bør på kort sikt fokusere på de eksisterende vind‑ og gasturbinene, samt vann‑ og kjernekraftturbiner, som utgjør mesteparten av selskapets virksomhet de neste 10 årene.

Men muligheten for langsiktig oppgradering av eksisterende anlegg til hydrogen gjør virksomheten iboende robust, sammen med andre teknologier der GE Vernova også investerer mye i FoU, som karbonfangst, SMR‑er, høyspennings likestrøm (HVDC), energilagring, elektriske ovner, industrielle varmepumper osv.

Siste nyheter og utviklinger for GE Vernova (GEV)