20.04.2016, 13:31 Uhr | 4 |

CO2 im Kreislauf Diese Mini-Turbine könnte 10.000 Haushalte mit Strom versorgen

Eine neue Turbinenart ist besonders klein, leicht und äußerst effektiv. Die Turbine, die in der Forschungsabteilung von General Electric entwickelt wurde, läuft mit erhitztem CO2 im geschlossenen Kreislauf. Anders als Wasserdampfturbinen ist sie in wenigen Minuten startklar.

Ingenieur Doug Hofer präsentiert neu entwickelte Miniturbine
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Ingenieur Doug Hofer präsentiert die neu entwickelte Miniturbine, die 10.000 Haushalte mit Strom versorgen könnte. 

Foto: GE Global Research

Diese neue Turbine passt bequem auf einen Schreibtisch und hat neben ihrem kompakten Format noch weitere überzeugende Vorteile. Die hocheffiziente Turbine von GE Global Research wird nicht mit Wasserdampf sondern mit hocherhitztem Kohlenstoffdioxid, dem so genannten über- oder superkritischem CO2 betrieben. Sie könne genügend Strom für 10.000 Haushalte liefern, sagen die Entwickler der Turbine.

Superkritisches CO2 liegt zwischen gasförmigem und flüssigem Zustand

Noch hält Doug Hofer, der als Ingenieur das Turbinenprojekt von GE Global Research in Albany in New York leitet, einen Prototyp in den Händen. Der ist aus leichtem Kunststoff und kommt aus dem 3D-Drucker. Später würde die echte Turbine aus Metall hergestellt, wäre aber mit knapp 70 kg unter ihresgleichen immer noch ein Leichtgewicht.

Auch sonst ist die Turbinenneuheit ungewöhnlich. Nicht Wasserdampf, wie üblich, setzt die Turbine in Bewegung, sondern superkritisches Kohlenstoffdioxid. Das ist ein spezieller Aggregatzustand des CO2, der bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur entsteht. In diesem Zustand hat das CO2 Eigenschaften, die zwischen denen von Gas und Flüssigkeit liegen. Das CO2 ist genauso dicht wie eine Flüssigkeit, hat aber die Viskosität von Gas.

In einer Turbine würde dieses auf etwa 700 °C erhitzte CO2 besonders effizient arbeiten. Während die meisten Turbinen um die 40 % der Hitze in Strom umwandeln können, hätte die neue Turbine eine Effizienz von 50 %. Vorteilhaft wäre auch die Schnelligkeit, mit der die Turbine einsatzbereit ist. Im Gegensatz zu einer Wasserdampfturbine, die etwa 30 Minuten benötigt, bis das Wasser erhitzt ist, kann die Mini-Turbine schon nach wenigen Minuten startklar sein.

Umweltfreundlich in Verbindung mit konzentrierter Solarthermie

Außerdem könnte der Energiezyklus in einem geschlossenen Kreislauf funktionieren, indem das CO2 immer wieder neu erhitzt und unter Druck gesetzt würde. Das könnte, so Doug Hofer, besonders effektiv und umweltfreundlich mit der Technologie der konzentrierten Solarthermie kombiniert werden.

Bei dieser Art von Solarenergie, die von einer hohen direkten Sonneneinstrahlung abhängig ist, werden die Sonnenstrahlen durch Spiegel gebündelt und konzentriert. In diesem Brennpunkt wird ein geeigneter Wärmeträger erhitzt und über Leitungen in Wärmespeicher oder direkt zum Dampfkraftwerk transportiert. Hier werden dann die Turbinen angetrieben, die über einen Generator Strom erzeugen. Für den Betrieb der neuen Mini-Turbine könnte die Hitze in Flüssigsalzen zwischengespeichert und bei Bedarf abgerufen werden.

Doug Hofer und sein Team gehen davon aus, dass die neue Turbinentechnik skalierbar ist, um 500 MW Strom erzeugen zu können – genug Energie, um damit eine Stadt zu versorgen. „Der Energiebedarf wird in den nächsten beiden Jahrzehnten um 50 Prozent steigen“, sagt Hofer. „Wir können nicht warten, bis es neue, saubere Lösungen gibt, sondern müssen jetzt Ideen entwickeln und die bereits vorhandenen Techniken so effizient wie möglich machen.“

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Von Gudrun von Schoenebeck
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kommentare
18.04.2016, 22:13 Uhr fherb
Das klingt ein bisschen, wie die Erfindung, auf die alle nur gewartet haben. Ein wenig mehr Background und Einordnung würde so einem Artikel gut stehen. So wie es ist, erscheint es wie unreflektierte Webung.

27.04.2016, 06:29 Uhr PolitKoloskop
"... um 500 MW Strom erzeugen zu können." Die erzeugte elektrische Arbeit, die die Stadt braucht, ergibt sich aus installierter Leistung (500 MW), dem Wirkungsgrad (50 %) und den effektiven Betriebsstunden p.a.

06.05.2016, 19:56 Uhr GTKW Goebel
Respekt an GE - sehr interessantes Turbinen-Design - das Gegenstück, das Gehäuse macht es dann vollständig. Es ist erfreulich das Turbinen für CO2 konzipiert werden - Siemens Turbomachinery warnt aber vor feuchtem CO2 wg. Korrosion (Kohlensäurebildung) - CO2 ist überhaupt ein interessantes Medium - bringt bei +40°C schon 140 bar auf die Turbine wenn es in einer Dichte von 700 kg / m3 vorliegt. Ich habe einen Chart aus einem englischen Lehrbuch wo Temperatur, Druck und Dichte in einem zu sehen sind. Die GTKW 5.3 Konzeption von Ing. Goebel plant mit CO2 zu arbeiten. - Wärmeaufnahme ins CO2 ist auch gut. Das CO2 reagiert sehr intensiv auf Wärme - damit kann man Atmosphären von Planeten ausdehnen und stärkste Winde erzeugen. GKTW 5.3

22.05.2016, 12:20 Uhr Progetti
In diesem Zusammenhang wäre ein Infrarot- Konzentrator interessant, ein schwarzer Hohl- Halbkugelstrahler, der im Luft- Vakuum Wärmestrahlen auf einen kleinen Raum konzentriert, wobei die Wärmestrahlung im Hohlstrahler- Mantel z.B. durch geothermisch erhitztes Wasser erzeugt wird.
Das wäre ein durch Wärmestrahlen vermittelter Hitze- Transformator, der nicht durch die bei Solar-Thermie schon gebräuchliche Parabol- Geometrie sondern als Direktstrahler durch Kugel- oder Zylinder- Geometrie funktioniert.
Sollte eine solche Anlage die oben beschriebene Turbine antreiben können, dann wäre das ein wichtiger Fortschritt für Gebiete in den nördlichen Breiten!

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