Gasturbinen sind schon heute ein wichtiger Pfeiler der Stromerzeugung. Und ihre Bedeutung nimmt zu: Die Kraftwerksstrategie der Bundesregierung sieht mindestens 10 GW an neuer Kraftwerksleistung vor. Diese Kraftwerke sollen nicht nur mit Erdgas laufen, sondern langfristig auch mit Wasserstoff.
Heutige Turbinen haben jedoch einen Nachteil: Sie müssen die Hälfte ihrer Leistung zunächst in die Verdichtung von Luft stecken. Diese Energie wird zwar teilweise zurückgewonnen, aber mit thermodynamischen Verlusten. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) meldeten am 17. Februar, dass es auch anders geht. Dabei nutzten sie eine neuartige Turbine, die mit Wasserstoff betrieben wird.
NASA-Rekord gebrochen
Die von Prof. Daniel Banuti, Direktor des Instituts für Thermische Energietechnik und Sicherheit am KIT, und seinem Team entwickelte Gasturbine erreichte beim kompressorlosen Betrieb mit Wasserstoff eine Laufzeit von 303 Sekunden, also mehr als fünf Minuten.
Das klingt erstmal unspektakulär, tatsächlich ist es aber ein Meilenstein: Der bisherige Rekord für Druckgewinnverbrennung lag bei 251 Sekunden. Aufgestellt hatte ihn die NASA im Jahr 2023 mit einem Raketentriebwerk für Deep-Space-Missionen. Dass das KIT diese Marke nun mit einer Gasturbine zur Stromerzeugung übertrifft, zeigt, dass die Technologie nun auf dem Weg vom Weltall in die Energieversorgung ist. Frühere Versuche mit dieser Technologie endeten nach Angaben des KIT schon nach Sekundenbruchteilen, weil die Brennkammern schmolzen.
So funktioniert die kompressorlose Turbine
Das Prinzip hinter der Technologie heißt Druckgewinnverbrennung. In einer herkömmlichen Gasturbine presst ein mechanischer Kompressor die Luft auf hohen Druck zusammen, bevor der Brennstoff gezündet wird. Dieser Kompressor bindet allerdings enorm viel Energie und verursacht dabei thermodynamische Verluste.
In der Brennkammer der KIT-Turbine erzeugen hingegen Detonationswellen den nötigen Druck. Sie entstehen durch eine sogenannte fluidmechanische Instabilität, also das Zusammenspiel von Strömungen, Wellen und Wirbeln. Dafür sind keine beweglichen Teile erforderlich.
Der Vorteil: Weniger Bauteile bedeuten auch weniger Verschleiß, geringere Kosten und vor allem einen potenziell höheren Wirkungsgrad.
Warum Wasserstoff?
Die Technologie funktioniert grundsätzlich auch mit anderen Brennstoffen. Doch Wasserstoff eignet sich besonders gut, weil er aufgrund seiner geringen molekularen Masse extrem schnell reagiert und stabile Druckanstiege in der Brennkammer ermöglicht.
Zudem hat er theoretisch einen weiteren Vorteil gegenüber Erdgas: Sofern es sich um ‚grünen‘ Wasserstoff handelt, der aus erneuerbaren Energien hergestellt wurde, ist die Verbrennung CO₂-neutral.
Erste Stromerzeugung ohne Kompressor
Nicht nur die Laufzeit war laut dem KIT-Team ein Durchbruch. Auch sei es ihnen zum ersten Mal überhaupt gelungen, mit einer kompressorlosen Wasserstoff-Gasturbine tatsächlich Strom zu erzeugen.
Dieser Vorgang gilt als technisch besonders anspruchsvoll, da die extrem schnellen Verbrennungsvorgänge eine stabile Energieübertragung an die nachgeschaltete Turbine erschweren. „Wir sind die Ersten, die eine solche Turbine erfolgreich betreiben und dabei Strom erzeugen konnten“, sagt Banuti.
Potenzial für die Energieversorgung
Fünf Minuten Laufzeit und eine erste Stromerzeugung sind beeindruckend, aber nur ein erster Schritt hin zum Dauerbetrieb in einem Gaskraftwerk. Bis zur kommerziellen Anwendung müssen die Forschenden zeigen, dass ihre Turbine über Stunden stabil läuft und sich in den MW-Maßstab skalieren lässt.
Doch das Potenzial ist enorm: Sollte die kompressorlose Gasturbine den Sprung in die Praxis schaffen, könnte sie die Wasserstoff-Verstromung deutlich wirtschaftlicher machen. Das wäre gerade in Zeiten einer Kraftwerksstrategie zu wünschen, die auf Wasserstoff-Verstromung im großen Stil setzt. Zudem ist die Technologie perspektivisch auch für die Luftfahrt interessant, denn leichtere Turbinen ohne Kompressor wären ein großer Schritt für wasserstoffbetriebene Flugzeuge.
Das KIT stellt den Prototyp auf der Hannover Messe vom 20. bis 24. April 2026 vor (Halle 11, Stand B 06).
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