Siemens forscht an Wasserstoff-Gasturbinen

22.03.2010: Siemens Corporate Technology (CT) erforscht saubere Verbrennungsprozesse für künftige Wasserstoff-Gasturbinen. Hier könnte das aus regenerativen Energiequellen stammende Gas, das viermal energiehaltiger als Erdgas ist, für die Stromgewinnung verwendet werden. Die Siemens-Forscher suchen in Zusammenarbeit mit der russischen National Research Nuclear University (MePhl) nach Verbrennungsprozessen, die möglichst wenig Stickoxide produzieren. Außerdem versuchen sie mit neuen Verfahren die im Vergleich zu Erdgas extrem heiße Flamme klein zu halten, um die Turbinenschaufeln vor den Temperaturen zu schützen.

Die Idee, Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser zu verbrennen und ohne jegliche Umweltbelastung eine Menge Energie zu gewinnen, ist noch Zukunftsmusik. Reiner Sauerstoff ist zu aufwändig herzustellen und die Verbrennungstemperaturen von 3.200 Grad sind zu hoch für die Turbinenschaufeln der Kraftwerke. Schon für Erdgas, das bei etwa 1.950 Grad verbrennt, müssen sie mit Luft gekühlt werden. Siemens CT in München forscht aus diesem Grund auch an hitzebeständigen Keramiken für Turbinen.

Die erste Generation künftiger Wasserstoff-Gasturbinen wird das Gas deshalb zunächst mit Luft verbrennen. Dabei entstehen aber - wie auch in herkömmlichen Gaskraftwerken -Stickoxide, die Smog und sauren Regen verursachen. Die Emissionen steigen mit der Temperatur, mit der aber auch der Wirkungsgrad der Verbrennung zunimmt. Die Forscher simulieren nun Verbrennungsprozesse, um Brennerkonzepte zu finden, die bei möglichst hohen Temperaturen möglichst wenige Emissionen erzeugen.

Ein wichtiger Hebel ist die Flamme, die sich in Wasserstoff extrem schnell ausbreitet: Je kleiner und stabiler die Forscher sie halten können, desto weniger Stickoxide entstehen. Versuche mit einem kürzlich entwickelten Wirbelbrenner zeigen bereits erheblich reduzierte Emissionen. Mittlerweile patentiert ist ein anderes Verfahren, das durch die verbesserte Vermischung von Luft und Wasserstoff die Flamme verkleinert. So sinken die Emissionen und gleichzeitig wird die heiße Flamme möglichst weit weg von den Wänden der Brennkammer und den Turbinenschaufeln gehalten.

Siemens CT in Moskau nimmt in Sachen Simulation von Verbrennungsprozessen weltweit einen Spitzenplatz ein. Für weitere Experimente wird am MePhl eine Versuchsbrennkammer für Wasserstoff aufgebaut.