El equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) en Alemania anunció recientemente que ha logrado un gran avance en la tecnología de turbinas de gas sin compresión: puede impulsar de manera estable la turbina de gas para generar electricidad sin compresión mecánica de aire. Su último experimento tiene un tiempo de funcionamiento continuo de más de cinco minutos, rompiendo el cuello de botella técnico anterior de encendido a corto plazo y fallo rápido debido al sobrecalentamiento de la cámara de combustión.
Los resultados se consideran un paso clave hacia un futuro sistema energético neutro en CO2. El profesor Daniel Banuti, director del Instituto de Tecnología y Seguridad de Energía Térmica (ITES) de KIT, dijo que este progreso proporciona un importante apoyo técnico para lograr una utilización eficiente y flexible de la energía del hidrógeno y construir un sistema energético libre de combustibles fósiles.
A diferencia de las turbinas de gas tradicionales que dependen de enormes compresores mecánicos, este nuevo sistema elimina por completo la necesidad de compresores: no es necesario precomprimir el aire a alta presión antes del encendido. En las turbinas de gas comunes actualmente, ya sea una unidad de central eléctrica o un motor de avión, aproximadamente la mitad de la potencia de salida se utiliza para impulsar el compresor para comprimir aire a alta presión para mantener una combustión eficiente. Esta parte de la potencia no se puede convertir en potencia efectiva. El nuevo diseño evita fundamentalmente este vínculo de "consumo interno" de energía.
La turbina de gas utiliza el principio de "combustión con aumento de presión": en lugar de depender de un compresor mecánico, se utiliza la onda de detonación dentro de la cámara de combustión para generar la presión necesaria. Estas ondas de detonación se originan a partir de inestabilidades hidrodinámicas: la interacción de estructuras de vórtice y ondas que se superponen naturalmente dentro de la cámara de combustión, aumentando la presión del gas sin partes móviles. El equipo de investigación señaló que este método no sólo reduce la pérdida de energía, sino que también simplifica la estructura del sistema, lo que se espera que mejore significativamente la eficiencia general.
En cuanto a la selección de combustible, el sistema tiene cierta versatilidad, pero el hidrógeno se considera la opción más ideal. El hidrógeno reacciona rápidamente, lo que contribuye a completar un proceso de aumento de presión estable en un período de tiempo muy corto, lo que favorece una combustión de alta eficiencia. Esto significa que se espera que las futuras turbinas de gas basadas en este principio logren diseños más livianos y de menor costo en el campo de la generación de energía, y tengan el potencial de expandirse a escenarios de aplicación de mayor demanda, como la propulsión de aviación.
La verdadera dificultad reside en acoplar de forma estable un proceso de combustión sobrealimentado tan violento y rápido a la turbomáquina y convertir de forma fiable la energía en producción eléctrica. Banuti señaló que debido a la intensidad de combustión extremadamente alta y el tiempo extremadamente corto en la cámara de combustión, es una tarea de ingeniería muy desafiante extraer la potencia disponible e impulsar la turbina sin destruir la estabilidad del campo de flujo. Destacó que el equipo ha tomado la iniciativa en impulsar con éxito una turbina y generar electricidad en este sistema sin compresión, lo que constituye el primer registro en este campo.
El equipo de investigación planea exhibir públicamente esta turbina de gas sin compresión en la próxima Hannover Messe del 20 al 24 de abril de 2026. El stand estará ubicado en el stand B06 en el pabellón 11 para demostrar a la industria su potencial de aplicación en la futura generación de energía de hidrógeno y sistemas de energía sin carbono.