Il bruciatore del KIT, dotato della tecnologia di combustione a guadagno di pressione, ha funzionato per 303 secondi, superando il record della NASA e stabilendo nuovi standard per l'uso dell'idrogeno
Arrivano dal Karlsruher Institut für Technologie (KIT), università tedesca e celebre centro di ricerca nazionale, gli ultimi progressi dedicati alla decarbonizzazione delle centrali termoelettriche e del trasporto pesante. Qui, infatti, un gruppo di ricercatori dell’Istituto per la Tecnologia e la Sicurezza dell’Energia Termica ha messo a punto una nuova turbina a gas a idrogeno senza compressore assiale. E, dopo una serie di ottimizzazioni, è riuscito non solo a farla funzionare per oltre cinque minuti – battendo la NASA che, con una tecnologia simile, aveva raggiunto un’autonomia di 250 secondi – ma anche a generare elettricità.
Nella continua spinta verso la decarbonizzazione, l’idrogeno — soprattutto quello prodotto con tecnologie a zero emissioni — veste il ruolo di vettore strategico in tutti quei settori dove l’elettrificazione dei consumi non è un’opzione sostenibile. L’uso diretto dell’H2 nei motori a combustione interna sta attirando una certa attenzione sia a livello accademico che industriale, come dimostrano Ansaldo Energia, Siemens Energy o Mitsubishi Power, solo per citare alcuni nomi.
Tuttavia, il progetto realizzato nei laboratori del KIT ha qualcosa di unico.
Nelle turbine a gas convenzionali il compressore è un elemento essenziale. Per produrre energia, infatti, le turbine aspirano continuamente aria, la comprimono, la miscelano con il combustibile e bruciano la miscela. Il “problema”? Quasi metà dell’energia generata viene consumata per far girare il compressore. Inoltre, si tratta di macchine particolarmente complesse e pesanti.
Gli scienziati del KIT stavano cercando un approccio in grado di aumentare l’efficienza e ridurre, al tempo stesso, le parti in movimento. È qui che entra in gioco la combustione a guadagno di pressione, tecnologia che genera alta pressione utilizzando onde di detonazione all’interno della camera di combustione.
“Queste onde derivano da un’instabilità fluido-meccanica – modelli di onde e vortici nel flusso – completamente senza compressori meccanici”, spiega l’Ateneo tedesco in una nota stampa.
A differenza di quello che avviene con il Ciclo di Brayton utilizzato nelle turbine a gas tradizionali, con la Pressure-Gain Combustion (PGC) la combustione avviene in modo estremamente rapido tramite onde d’urto o di detonazione in uno spazio confinato. E dal momento che il gas non ha il tempo di espandersi mentre brucia, la pressione sale vertiginosamente. Il sistema permette di aumentare l’efficienza ma presenta anche diverse sfide. Basti pensare che in una detonazione, la temperatura del fronte d’onda può superare istantaneamente i 2500°C, ben oltre il punto di fusione delle leghe metalliche più avanzate.
Il progetto del KIT ha alle spalle anni di lavoro. E, mentre i test precedenti duravano solo frazioni di secondo proprio per evitare la fusione delle camere di combustione, il team del KIT è ora riuscito a estendere il tempo di funzionamento della nuova turbina a idrogeno senza compressore assiale oltre i cinque minuti.
La tecnologia non è ovviamente vincolata all’idrogeno, ma il team lo preferisce perché l’H2 reagisce in modo estremamente rapido e consente aumenti di pressione stabili.La squadra ha tagliato anche un secondo traguardo generando elettricità. “Si tratta di un passaggio estremamente difficile perché i processi di combustione molto rapidi e intensi nella camera rendono difficoltoso il trasferimento stabile di energia alla turbina. Siamo i primi a far funzionare con successo una turbina di questo tipo e a generare elettricità durante il processo”, spiega il Professor Daniel Banuti, Direttore dell’Istituto.
Questo risultato apre la strada a turbine più leggere, più economiche e altamente efficienti per la produzione di energia e, in futuro, anche per l’aviazione. I ricercatori presenteranno la loro innovativa turbina a idrogeno senza compressore alla prossima Hannover Messe, dal 20 al 24 aprile 2026, presso lo stand KIT.
