Hydrogen Turbine na Walang Kompresor Tumatakbo sa Rekord ng NASA

Pagdating sa produksyon ng enerhiya, mayroon na tayong pananaw sa hinaharap na may mga solar panel sa lupa, o marahil kahit sa orbit, na nagko-convert ng sikat ng araw sa kuryente, na may kalaunan isang battery park para mag-imbak ng enerhiya sa gabi.

Ngunit sa praktika, ang kuryente ay karamihan pa rin ginagawa ng napakalaking umiikot na mga turbine, na pinapagana ng pagsunog ng mga fossil fuel (gas, karbon) o ng steam na nabuo mula sa init ng mga nuclear reaction, o ng daloy ng tubig sa mga hydro power plant. Bagaman maaaring ito ay maging lipas balang araw, ang ganitong uri ng instalasyon ay nananatiling sentro ng ating mga sistema ng enerhiya.

Isang dahilan ay dahil, bukod sa pagiging pamilyar na teknolohiya, ang mga turbine na ito ay may bentahe sa pagpapanatili ng frequency ng power grid. Ito ay dahil ang umiikot na mga turbine ay natural na gumagawa ng alternating current, na ginagamit para sa long-distance transmission, at ang bigat ng turbine ay nagbibigay ng inertia sa frequency ng grid. Sa kabaligtaran, ang mga solar panel ay gumagawa lamang ng DC power, na walang kakayahang patatagin ang power grid.

Ang paksa ay nagiging lalong mahalaga, tulad ng inilalarawan ng ang bumababang katatagan ng frequency ng electric grid, habang ang mga lumang malalaking umiikot na generator ay pinapalitan ng mga solar panel, isang problema na nasa sentro ng ang napakalaking pagbagsak ng Iberian (Spain + Portugal) power grid noong 2025.

Gayunpaman, ang nuclear ay patuloy na kontrobersyal at mabagal i-deploy, habang ang mga lokasyon para sa mga hydro power plant ay karamihan ay napupuno na sa maraming bansa. Kaya kung nais natin ng mapagkakatiwalaan, maaaring i-activate anumang oras na mga turbine na tumutulong din sa power grid, tila tayo ay nakatali pa rin sa paggamit ng natural gas sa maraming dekada.

Maaaring hindi na ito totoo nang matagal, dahil ang mga mananaliksik sa German Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ay nagtakda ng rekord na runtime gamit ang bagong compressorless turbine na pinapagana ng hydrogen. Dahil ang green hydrogen ay maaaring gawin mula sa renewable energy, magbubukas ito ng daan patungo sa power grid na pinapagana ng green hydrogen, lalo na sa mga panahon na hindi sumisikat ang araw at hindi sapat ang hangin para mag-supply sa grid.

Inilahad nila ang kanilang mga natuklasan sa Hannover Messe 2026.

Paano Gamitin ang Hydrogen

Pagdating sa pagpapasok ng hydrogen bilang sentral na bahagi ng ating mga sistema ng enerhiya, may dalawang magkaibang uri ng problema na kailangang lutasin ng mga mananaliksik.

Ang una ay ang paggawa ng green hydrogen na sapat na mura upang makipagkumpetensya sa mga fossil fuel at iba pang renewable + battery na alternatibo. Ito ay isang larangang mabilis ang pag-unlad, kung saan maaaring gamitin ang mas murang catalysts tulad ng silicon carbide, cobalt, nickel, o isang alloy ng ruthenium, silicon, at tungsten, o kahit mag-co-produce ng green hydrogen at inuming tubig.

Isa pang tanong ay kung paano ibabalik ang nalikhang hydrogen sa enerhiya. Isang paraan ay ang fuel cells, na nagko-convert ng hydrogen direkta sa kuryente sa pamamagitan ng electrochemical reaction, tulad ng mga ginawa ng Plug Power (PLUG ). Ito ay isang promising na ideya, ngunit madalas nangangailangan ng mamahaling catalysts at komplikadong disenyo ng selula.

Isa pang opsyon, at sa ilang paraan mas simple, ay ang simpleng pagsunog ng hydrogen katulad ng pagsunog natin ng natural gas. Maaari itong gawin para sa mga sasakyan sa isang internal combustion engine na halos katulad ng gas power motor, isang paksa na maaari mong tuklasin pa sa aming artikulo “5 Hydrogen Combustion Engines Set to Break the Mold”.

Ngayon, para sa mas malalaking combustion at malakihang produksyon ng kuryente, ang mga hydrogen turbine ay nagiging mas mature na teknolohiya at isang ikatlong opsyon para magamit ang hydrogen.

Ang Susunod na Henerasyon ng mga Turbine

Ang Kawalan ng Bisa ng Tradisyonal na mga Turbine

Ang teknolohiyang ginamit ng mga mananaliksik sa pag-aaral na ito ay maaaring maging lubos na kapaki-pakinabang para sa mga hydrogen turbine, ngunit hindi limitado sa partikular na fuel na ito.

Ang pangunahing konsepto ay ang tradisyonal na gas turbine ay nangangailangan ng halos kalahati ng kanilang output para sa air compression upang gumana. Ibig sabihin, nakakamit lamang nila ang thermal efficiency na 35% hanggang 40%, at 55%–64% kung ang exhaust heat ay ginagamit upang patakbuhin ang isang pangalawang steam turbine.

“Ang isang conventional na gas turbine, tulad ng mga ginagamit sa mga power plant o sa ilalim ng pakpak ng eroplano, ay kumukonsumo ng halos 50 porsyento ng kapangyarihan nito upang i-compress ang hangin sa mataas na presyon na kailangan para sa epektibong combustion — kapangyarihan na pagkatapos ay hindi magagamit para sa pagbuo ng kuryente,”
Professor Daniel Banuti, Director ng Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

Ang dahilan kung bakit kinakailangan ang compression ay dahil ginagamit ito upang lumikha ng kinakailangang mataas na presyon para magpasiklab ng fuel.

Detonasyon para Palitan ang Kompresyon

Sa disenyo na ito, pinalitan ng mga mananaliksik ang compression ng mga detonation wave sa loob ng combustion chamber.

Ang mga wave na ito ay nagmumula sa isang fluid-mechanical instability na lumilikha ng mga pattern ng wave at vortices sa daloy ng gas. Sa paggawa nito, ganap nitong nilalampasan ang pangangailangan para sa mga energy-hungry mechanical compressors. Nakakatipid ito ng enerhiya, binabawasan ang bilang ng mga gumagalaw na bahagi, at nagpapataas ng efficiency.

Isa pang benepisyo ay ang pamamaraan na ito ay nagbabawas ng bilang ng mga gumagalaw na bahagi, na palaging nag-aambag sa mas simpleng disenyo at proseso ng maintenance.

Maaaring patakbuhin ang disenyo gamit ang mga fuel bukod sa hydrogen, ngunit ang hydrogen ay lalo na angkop para sa mga detonation turbine: ito ay tumutugon nang napakabilis at maaaring mag-produce ng stable na pagtaas ng pressure.

Kumplikado ng mga Detonation Turbine

Ang kahirapan sa mga detonation turbine ay nasa pangalan: sa halip na normal na proseso ng combustion, ang gas na ini-inject sa turbine ay literal na sumasabog. Kaya ang pagpapanatiling tumatakbo ang turbine nang hindi nasisira ay maaaring maging mahirap.

Sa eksperimento na ito, nagawang panatilihin ng mga mananaliksik na tumakbo ito nang walang pinsala sa loob ng rekord na 303 segundo. Bagaman maaaring tunog ito na maikli, ang 5 buong minuto ng operasyon ay mas mahaba kaysa sa mga nakaraang pagsubok na tumagal lamang ng ilang bahagi ng segundo. Mas mahaba rin ito kaysa sa naunang rekord ng NASA na 250 segundo, na hindi rin gumamit ng hydrogen.

Isa pang hamon ay ang pag-convert ng combustion/detonation sa kuryente, dahil ang mabilis at malakas na reaksyon sa loob ng chamber ay nagpapahirap sa paglipat ng enerhiya sa turbine sa isang stable na paraan. At kung walang stable na paglipat, hindi mo makakamit ang stable na pag-ikot na kailangan para sa pagbuo ng kuryente.

“Napakahirap nito dahil ang napakabilis at matinding proseso ng combustion sa chamber ay nagpapahirap sa stable na paglipat ng enerhiya sa turbine. Kami ang unang nakapagpatakbo ng ganitong turbine at nakapag-generate ng kuryente sa proseso.”

Posibleng Mga Aplikasyon

Ang pangunahing bahagi ng prototype na ito ay ipinakita nang sabay-sabay ang tatlong experimental na konsepto:

• Matagumpay na pagpapatakbo ng detonation turbine sa loob ng ilang minuto.
• Paggamit ng hydrogen upang patakbuhin ito, na nagpapakita na ang natatanging chemical profile ng hydrogen ay lalo na angkop para sa disenyo na ito.
• Pagsasama ng mga detonasyon sa produksyon ng kuryente, na nagpapakita ng praktikal na aplikasyon ng prototype.

Sa pamamagitan ng paggamit ng hydrogen, inilalagay nito ang disenyo ng detonation turbine sa isang klase na sarili, sa halip na ihambing ito sa mga mature at ekonomikong napatunayan na gas-power turbine. Ginagawa nitong lakas ang mga potensyal na kahinaan ng detonation turbine, partikular ang pangangailangan para sa mataas na pressure at matinding reaktibidad ng ginagamit na fuel.

Kasabay nito, inilalagay nito ang teknolohiyang ito bilang isang future-proofed na konsepto, dahil hindi ito isang uri ng turbine na magiging lipas habang ang mga fossil fuel ay unti-unting tinatanggal.

Sa pangmatagalan, maaaring magkaroon ito ng aplikasyon lampas sa pagbuo ng kuryente. Sa partikular, maaaring gamitin ng aviation ang katulad na mga turbine, dahil ang iba pang mga fossil-fuel-powered detonation turbine ay sinusubukan na, katulad ng Ram-Rotor Detonation Engines (RRDE), na maaaring maging ikatlong henerasyon ng propulsion ng eroplano, pagkatapos ng turbojet at ramjet engine.

Pamumuhunan sa mga Power Turbine

GE Vernova

Pagdating sa mga turbine na ginagamit para sa pagbuo ng kuryente, isang kumpanya ang naroroon mula pa noong unang deployment ng teknolohiyang ito, at patuloy na nangunguna sa buong mundo ngayon: General Electric.

Pagkatapos ng paghahati ng higanteng industrial conglomerate sa tatlong hiwalay na kumpanya, ang bahagi ng kumpanya na nagmana ng teknolohiya ng turbine at power generation ay tinawag na ngayon GE Vernova.

Sa kasalukuyan, ang kumpanya ay eksperto pa rin sa anumang umiikot, na may 55,000 GE wind turbine at 7,000 GE gas turbine na kasalukuyang tumatakbo. Kasama ang maraming hydro at nuclear power plant na may GE turbine din, sila ay naggagawa ng humigit-kumulang 25% ng kabuuang kuryente sa mundo.

Pinagmulan: GE Vernova

Ginagawa nitong reference ang GE para sa mga power turbine, hindi lamang sa gas, kundi sa anumang fuel o source ng enerhiya na magpapagalaw sa kanila, kabilang ang gas, steam, at tubig.

Ito ay dahil ang kadalubhasaan ng GE ay hindi lamang sa kung paano hawakan ang fuel o combustion, kundi pati na rin sa material science upang gawing mas matibay at epektibo ang turbine habang mas mura at magaan, na may natatanging patents at virtual models na bumubuo ng matibay na competitive moat.

Bilang resulta, ang mga GE Vernova turbine ay pangunahing pinipili ng karamihan sa pinakamalalaking utility company sa buong mundo.

Pinagmulan: GE Vernova

Kaya ang paglipat sa hydrogen ay inaasahan, at ang kumpanya ay lumalago na sa mga segment tulad ng hydrogen compressors at mga sariling disenyo ng hydrogen turbine na may naitalang 10 milyong operating hour na, na nagpapakita ng kanilang kakayahan sa paghawak ng gas na madalas mapanganib at mahirap gamitin.

“Habang ang mga gas turbine ay likas na flexible sa fuel, maaari silang i-configure upang tumakbo sa green hydrogen o katulad na mga fuel bilang bagong unit, o i-upgrade kahit pagkatapos ng mahabang serbisyo sa tradisyonal na mga fuel. Ang malawak na karanasan ng GE Vernova sa field ay nagbibigay-daan sa aming mga engineer na maunawaan ang epekto ng paggamit ng hydrogen bilang fuel ng gas turbine.”

Ang mga mamumuhunan sa GE ay dapat magpokus sa maikling panahon sa umiiral na wind at gas turbine, pati na rin sa hydro at nuclear turbine, na bumubuo ng malaking bahagi ng negosyo ng kumpanya sa susunod na 10 taon.

Ngunit ang posibilidad ng pangmatagalang upgrade ng umiiral na planta tungo sa hydrogen ay ginagawang likas na matibay ang negosyo, kasama ang iba pang teknolohiya kung saan ang GE Vernova ay malaki rin ang ginugol na R&D, tulad ng carbon capture, SMRs, High Voltage Direct Current (HVDC), energy storage, electric furnaces, industrial heat pumps, atbp.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng Stock ng GE Vernova (GEV)