Turbomaschinen
Mikrogasturbine wird wasserstofftauglich
Das Unternehmen Euro-K entwickelt mit der TU Berlin einen Brenner, der in marktgängige Mikrogasturbinen eingebaut und zu 100 Prozent mit Wasserstoff betrieben werden kann. Die kompakten Turbomaschinen liefern Strom und Wärme – dezentral und klimafreundlich.
Mikrogasturbinen sind die kleinen, aber autonomen Schwestern großer Gaskraftwerke. Ihr Vorteil: Sie produzieren Strom und Wärme direkt dort, wo die Energie benötigt wird. Das kann in Krankenhäusern, Verwaltungsgebäuden oder in Notaggregaten für Katastrophengebiete sein. Aufgrund ihrer kompakten Bauform benötigen sie zudem wenig Raum. Sie sind wartungsarm und effizient. Bisher werden Mikrogasturbinen vorwiegend mit Erdgas betrieben. Doch das soll sich mit Blick auf den Klimawandel und die dafür notwendigen Emissionsreduktionen ändern.
Das Unternehmen Euro-K beispielsweise forscht gemeinsam mit der Technischen Universität (TU) Berlin an einer Alternative. Das mittelständische Unternehmen aus Cottbus und die Hochschule entwickeln im Forschungsprojekt H2mGT einen Brenner, der zu 100 Prozent mit Wasserstoff betrieben werden kann. Das entwickelte Design inklusive Technologie soll nach Labor- und Testversuchen in eine marktgängige Mikrogasturbine von Euro-K eingebaut werden und voraussichtlich in zwei bis drei Jahren zu erwerben sein. Dabei fokussiert sich das Cottbusser Unternehmen zunächst auf den Einsatz als stationäres Energieaggregat und auf den Einsatz in hybriden Nutzfahrzeugen als Alternative zum Verbrennungsmotor.
Abgestufte Luftzufuhr sorgt für homogenen Verbrennungsprozess
Die Zusammenarbeit von Universität und Unternehmen läuft gut. „Die TU Berlin war für die grundlegende Auslegung des Brenners zuständig. Er funktioniert jetzt im Labormaßstab gut und stabil. Momentan wird das Bauteil noch etwas umstrukturiert, damit wir es in unsere Mikrogasturbine integrieren können“, berichtet Johannes Mundstock, Projektingenieur bei H2mGT. Danach stehen die Testzyklen auf den Cottbusser Prüfständen an. Läuft alles nach Plan, wird dies im Frühsommer 2023 der Fall sein.
© Euro-K GmbH | Die Brennkammer der Mikrogasturbine wird auf dem H2-Prüfstand der Euro-K GmbH in Cottbus getestet.
© Fachgebiet für Experimentelle Strömungsmechanik - TU Berlin | Blick in das Flammenrohr beim Verbrennen von Wasserstoff am Teststand der TU Berlin.
© Fachgebiet für Experimentelle Strömungsmechanik - TU Berlin | Quarzglasbrennkammer des Verbrennungsprüfstands an der Technischen Universität Berlin.
Mit 100 Prozent Wasserstoff als Brennmaterial verändert sich das Betriebsverhalten der Turbine. Was bereits im Labormaßstab getestet und optimiert wurde, muss nun im realen Betrieb weiter fein justiert werden. „Zu den Herausforderungen gehört beispielsweise, die Flamme mittig im Brenner zu halten. Schlägt sie an die Gehäusewand, kann dies Materialschäden verursachen. Da Wasserstoff sehr schnell verbrennt, besteht zudem die Gefahr, dass die Flamme stromaufwandert, also dorthin zieht, wo der Brennstoff eingedüst wird“, erläutert Johannes Mundstock.
Diese Probleme haben die Forschenden im Projekt H2mGT bereits konstruktiv gelöst. Auch die potenzielle Gefahr von hohen Stickstoff-Emissionen konnte durch Anpassungen im Brennerdesign gebannt werden. „Wir haben den Brenner durch eine abgestufte Luftzufuhr so ausgelegt, dass er einen guten Ausbrand hat, sodass nur geringe Stickoxidemissionen entstehen“, berichtet der Ingenieur.
„Entwicklung ist immer mit Trial and Error verbunden. Das macht es für uns als KMU eher schwierig. Daher freuen wir uns, dass H2mGT förderfähig war. So wird das wirtschaftliche Risiko gesenkt.“
Johannes Mundstock, Euro-K GmbH, Cottbus
Wenn das Forschungsprojekt abgeschlossen ist, geht es für Euro-K darum, die „H2-ready-Mikrogasturbine“ erfolgreich auf den Markt zu bringen. Dabei ist es für potenzielle Abnehmer wichtig, dass sie eine Infrastruktur haben, die den Wasserstoff liefert. In vielen Ländern wird diese jedoch gerade erst aufgebaut, so auch in Deutschland. „Wir haben momentan bei vielen Wasserstoff-Anwendungen die Henne-Ei-Problematik“, erläutert Johannes Mundstock. „Was ist zuerst da? Der Nutzer, der den Wasserstoff braucht, oder die Infrastruktur, die den Wasserstoff liefert? Wir treten jetzt mit unserem Produkt in Vorleistung – mit Blick auf potenzielle Absatzmärkte zunächst vor allem im asiatischen Raum.“ (it)
