Una turbina de hidrógeno convierte explosiones controladas en electricidad

Investigadores del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) alcanzaron un hito significativo en la generación de energía a partir de hidrógeno al operar una nueva turbina de gas sin compresor durante un récord de 303 segundos. Este avance se basa en una forma avanzada de combustión que incrementa la presión y supera el récord anterior de NASA de 250 segundos.

Este resultado también representa un avance hacia el uso del hidrógeno para la producción de energía más limpia. A diferencia del gas natural, el hidrógeno puede ser producido utilizando fuentes de energía renovables. Este año, el equipo del KIT se convirtió en el primero en generar electricidad con una turbina de hidrógeno que no depende de un compresor mecánico.

La turbina de hidrógeno funciona más de cinco minutos

Los experimentos anteriores solo lograron operar durante fracciones de segundo debido a que un funcionamiento más prolongado causaría la fusión de las cámaras de combustión. La nueva prueba extendió el tiempo de operación a más de cinco minutos.

"Este es un paso importante hacia una energía de hidrógeno altamente eficiente y flexible para un sistema energético libre de fósiles", explicó el Profesor Daniel Banuti, director del Instituto de Tecnología Térmica y Seguridad (ITES).

Un beneficio clave de este diseño es que no requiere energía para comprimir el aire antes de que comience la combustión.

"Una turbina de gas convencional, como las utilizadas en plantas de energía o bajo las alas de los aviones, consume aproximadamente el 50 por ciento de su energía para comprimir aire a la alta presión necesaria para una combustión eficiente; energía que luego no está disponible para la generación de electricidad", aclaró Banuti.

Las ondas de detonación reemplazan al compresor

La nueva turbina se basa en la combustión de ganancia de presión. Las turbinas de gas convencionales utilizan un compresor mecánico para elevar la presión del aire, un proceso que puede consumir aproximadamente la mitad de la salida de energía de la turbina.

El sistema del KIT crea la presión requerida dentro de la cámara de combustión. Las ondas de detonación se forman a través de una inestabilidad mecánica de fluidos que involucra patrones de ondas y vórtices en los gases en movimiento. Esto permite que la turbina funcione sin un compresor mecánico.

Eliminar el compresor podría reducir las pérdidas de energía, disminuir el número de componentes móviles y mejorar la eficiencia general.

Por qué el hidrógeno funciona tan bien

La tecnología puede operar con combustibles distintos al hidrógeno, pero este último es especialmente adecuado porque reacciona muy rápidamente y puede producir aumentos de presión estables.

Los investigadores afirmaron que este enfoque podría eventualmente dar soporte a turbinas más ligeras, menos costosas y altamente eficientes. Las aplicaciones potenciales incluyen la generación de electricidad y, a largo plazo, la aviación.

Generación de electricidad sin compresión mecánica

Conectar la cámara de combustión a una turbina y convertir su intensa combustión en electricidad presentó un desafío adicional de ingeniería. Las reacciones rápidas y poderosas dentro de la cámara dificultan la transferencia de energía a la turbina de manera estable.

"Esto es extremadamente difícil porque los procesos de combustión muy rápidos e intensos en la cámara hacen que la transferencia de energía estable a la turbina sea un desafío. Somos los primeros en operar con éxito una turbina de este tipo y generar electricidad en el proceso", afirmó Banuti.