Kompressorfri vätgasturbin slår NASA-rekord

När det gäller energiproduktion har vi idag en framtidsvision med solpaneler på marken, eller kanske till och med i omloppsbana, som omvandlar solljus till elektricitet, med så småningom ett batteripark för att lagra energi på kvällen.

Men i praktiken produceras el fortfarande mestadels av massiva roterande turbiner, drivna av förbränning av fossila bränslen (gas, kol) eller av ånga som genereras av värmen från kärnreaktioner, eller av vattenflödet i vattenkraftverk. Även om den kan bli föråldrad en dag är denna typ av anläggning fortfarande kärnan i våra energisystem.

En anledning är att, förutom att vara en väl förstådd teknik, har sådana turbiner fördelen att stabilisera frekvensen i elnätet. Detta beror på att roterande turbiner naturligt producerar växelström, som används för långdistansöverföring, och turbinen massiva massa ger tröghet till nätfrekvensen. I kontrast producerar solpaneler endast likström, utan förmåga att stabilisera elnätet.

Detta blir ett allt viktigare ämne, som illustreras av den minskande stabiliteten i elnätets frekvens, när de gamla stora roterande generatorerna ersätts av solpaneler, ett problem som låg i centrum för den massiva krasch 2025 av det iberiska (Spanien + Portugal) elnätet.

Kärnkraft är dock fortfarande kontroversiell och långsam att implementera, medan platser för vattenkraftverk i många länder i stort sett är uttömda. Så om vi vill ha pålitliga turbiner som kan aktiveras när som helst och som också hjälper elnätet, verkade det som om vi var tvungna att fortsätta använda naturgas i många decennier.

Detta kanske inte är sant mycket längre, eftersom forskare vid det tyska Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har satt ett rekord för driftstid med en ny kompressorfri turbin som drivs av väte. Eftersom grönt väte kan produceras från förnybar energi skulle detta öppna vägen till ett elnät som drivs av grönt väte, särskilt under perioder då solen inte skiner och vinden inte blåser tillräckligt för att försörja nätet.

De presenterade sina resultat på Hannover Messe 2026.

Hur man använder väte

När det gäller att låta väte bli en central del av våra energisystem har forskare två olika typer av problem att lösa.

Den första är att producera grönt väte tillräckligt billigt för att vara konkurrenskraftigt med fossila bränslen och andra förnybara + batterialternativ. Detta är ett område som gör snabba framsteg, där olika alternativ kan vara att använda billigare katalysatorer som siliciumkarbid, kobolt, nickel, eller en legering av rutenium, kisel och volfram, eller till och med koproducera grönt väte och dricksvatten.

En annan fråga är hur man omvandlar det producerade vätet tillbaka till energi. Ett sätt är bränsleceller, som omvandlar vätet till elektricitet direkt genom en elektrokemisk reaktion, som de som produceras av Plug Power (PLUG ). Detta är en lovande idé, men kräver ofta dyra katalysatorer och komplex celldesign.

Ett annat alternativ, och på något sätt enklare, är helt enkelt att bränna vätet på samma sätt som vi bränner naturgas. Detta kan göras för fordon i en förbränningsmotor som är mycket lik en gasdrivningsmotor, ett ämne du kan utforska vidare i vår artikel “5 vätgasförbränningsmotorer som kommer att bryta mönstret“.

Nu blir vätgasturbiner också en mycket mer mogen teknik för mycket större förbränning och storskalig elproduktion, och ett tredje alternativ för att utnyttja väte.

Nästa generation av turbiner

 Ineffektiviteten hos traditionella turbiner

Den teknik som forskarna i denna studie använde kan vara särskilt användbar för vätgasturbiner, men är inte begränsad till just detta bränsle.

Huvudkonceptet är att traditionella gasturbiner kräver ungefär hälften av sin effekt för luftkompression för att fungera. Detta innebär att de bara når en termisk verkningsgrad på 35 % till 40 %, och 55 %–64 % om avgasvärmen används för att driva en sekundär ångturbin.

“En konventionell gasturbin, såsom de som används i kraftverk eller under flygplansvingar, förbrukar ungefär 50 % av sin kraft för att komprimera luft till det höga tryck som behövs för effektiv förbränning – kraft som sedan inte är tillgänglig för elproduktion,”

Professor Daniel Banuti, Direktör för Institutet för termisk energiteknik och säkerhet (ITES).

Anledningen till att kompression krävs är att den används för att skapa det nödvändiga höga trycket för att antända bränslet.

Detonationer för att ersätta kompression

I denna konstruktion ersatte forskarna kompression med detonationsvågor i förbränningskammaren.

Dessa vågor uppstår från en fluidmekanisk instabilitet som skapar mönster av vågor och virvlar i gasflödet. På så sätt kringgår den helt behovet av energikrävande mekaniska kompressorer. Detta sparar energi, minskar antalet rörliga delar och ökar verkningsgraden.

En annan fördel är att metoden minskar antalet rörliga delar, vilket alltid bidrar till en enklare design och underhållsprocesser.

Denna konstruktion kan drivas med andra bränslen än väte, men väte är särskilt lämpligt för detonations turbiner: det reagerar mycket snabbt och kan producera stabila tryckökningar.

Komplexiteten hos detonations turbiner

Svårigheten med detonations turbiner ligger i namnet: istället för en normal förbränningsprocess exploderar gasen som injiceras i turbinen bokstavligen. Så att hålla turbinen igång utan att skada den kan vara svårt.

I detta experiment lyckades forskarna hålla den igång utan skador i ett rekord på 303 sekunder. Även om detta kan låta kort är 5 hela minuter av drift mycket längre än de tidigare testerna som bara varade bråkdelar av en sekund. Det är också längre än NASAs tidigare rekord på 250 sekunder, som inte heller använde väte.

En annan utmaning är att omvandla förbränningen/detonationerna till elektricitet, eftersom de snabba och kraftfulla reaktionerna i kammaren gör det svårt att överföra energi till turbinen på ett stabilt sätt. Och utan stabil överföring kan du inte ha den stabila rotation som krävs för elproduktion.

“Detta är extremt svårt eftersom de mycket snabba och intensiva förbränningsprocesserna i kammaren gör stabil energitransfer till turbinen utmanande. Vi är de första som framgångsrikt har drivit en sådan turbin och genererat elektricitet i processen.”

Professor Daniel Banuti, Direktör för Institutet för termisk energiteknik och säkerhet (ITES).

Potentiella tillämpningar

Den viktigaste delen av denna prototyp är att den på en gång demonstrerade tre experimentella koncept:

• Att framgångsrikt driva en detonations turbin i flera minuter.
• Att använda väte för att driva den, vilket visar att vätets unika kemiska profil är särskilt lämplig för denna konstruktion.
• Att koppla detonations till elproduktion, vilket demonstrerar prototypens praktiska tillämpning.

Genom att utnyttja väte placerar detta design av detonations turbin sig i en egen klass, istället för att jämföras med mogna och ekonomiskt beprövade gasturbiner. Detta omvandlar de potentiella svagheterna hos detonations turbiner, särskilt behovet av högt tryck och extrem reaktivitet hos det använda bränslet, till en styrka.

Samtidigt positionerar detta tekniken som ett framtidssäkrat koncept, eftersom det inte är en typ av turbin som blir föråldrad när fossila bränslen fasas ut.

På lång sikt kan detta ha tillämpning bortom elproduktion. Speciellt kan flygindustrin använda liknande turbiner, eftersom andra detonations turbiner som drivs av fossila bränslen redan testas, särskilt Ram‑Rotor Detonationsmotorer (RRDE), som kan bli den tredje generationen av flygplansdrift, efter turbojet- och ramjetmotorer.

Investera i kraftturbiner

GE Vernova

När det gäller turbiner som används för kraftgenerering har ett företag varit med sedan de första implementeringarna av denna teknik, och är fortfarande en global ledare idag: General Electric.

Efter uppdelningen av det gigantiska industriella konglomeratet i tre separata företag, är den del av företaget som ärvde turbinen och kraftgenereringstekniken nu kallad GE Vernova.

Idag är företaget fortfarande en expert på allt som roterar, med 55 000 GE‑vindkraftverk och 7 000 GE‑gasturbiner i drift. Tillsammans med många vatten- och kärnkraftverk som också är utrustade med GE‑turbiner genererar de ungefär 25 % av världens totala elproduktion.

Källa: GE Vernova

Detta gör GE till en referens för kraftturbiner, inte bara med gas, utan verkligen alla bränslen eller energikällor som får dem att rotera, inklusive gas, ånga och vatten.

Det beror på att GE:s expertis inte bara handlar om hur man hanterar bränslet eller förbränningen, utan också om materialvetenskap för att göra turbinen så motståndskraftig och effektiv som möjligt, samtidigt som den är billigare och lättare, med unika patent och virtuella modeller som bildar en hållbar konkurrensfördel.

Som sådan är GE Vernova‑turbiner det primära valet för de flesta av världens största elnätsföretag.

Källa: GE Vernova

Så övergången till väte är förväntad, och företaget växer redan inom segment som vätekompressorer och sina egna design av vätgasturbiner med redan 10 miljoner drifttimmar registrerade, vilket visar deras skicklighet i att hantera detta ofta farliga och svårutnyttjade gas.

“Eftersom gasturbiner är inneboende bränsleflexibel, kan de konfigureras för att drivas på grönt väte eller liknande bränslen som en ny enhet, eller uppgraderas även efter långvarig service med traditionella bränslen. GE Vernovas breda fälterfarenhet gör att våra ingenjörer kan förstå påverkan av att använda väte som gasturbinbränsle.”

Investerare i GE bör på kort sikt fokusera på de befintliga vind- och gasturbinerna, samt vatten- och kärnturbiner, som utgör majoriteten av företagets verksamhet de kommande 10 åren.

Men möjligheten att på lång sikt uppgradera befintliga anläggningar till väte gör verksamheten inneboende motståndskraftig, tillsammans med andra teknologier där GE Vernova också investerar mycket i FoU, såsom koldioxidavskiljning, SMR, högspänningslikström (HVDC), energilagring, elektriska ugnar, industriella värmepumpar osv.

Senaste nyheter och utvecklingar för GE Vernova (GEV) aktier