Un jalon majeur pour l’énergie hydrogène : une turbine sans compresseur fonctionne pendant 303 secondes
Des chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont franchi une étape significative dans le domaine de l’énergie hydrogène en faisant fonctionner une nouvelle turbine à gaz sans compresseur pendant un temps record de 303 secondes. Cette turbine utilise une forme avancée de combustion à gain de pression, surpassant ainsi le précédent record de la NASA établi à 250 secondes.
Cette avancée marque un progrès vers l’utilisation de l’hydrogène pour une production d’énergie plus propre. Contrairement au gaz naturel, l’hydrogène peut être produit à partir de sources d’énergie renouvelables. Plus tôt cette année, l’équipe du KIT a également été la première à générer de l’électricité avec une turbine à gaz fonctionnant à l’hydrogène sans recourir à un compresseur mécanique.
Les expériences antérieures n’avaient pu être maintenues que pendant des fractions de seconde, car une opération prolongée risquait de faire fondre les chambres de combustion. Le nouveau test a permis d’étendre le temps de fonctionnement à plus de cinq minutes. « C’est une étape importante vers une énergie hydrogène hautement efficace et flexible pour un système énergétique sans fossiles », explique le professeur Daniel Banuti, directeur de l’Institut de technologie thermique et de sécurité (ITES).
Un avantage clé de ce design est qu’il ne nécessite pas d’énergie pour comprimer l’air avant le début de la combustion. « Une turbine à gaz conventionnelle, comme celles utilisées dans les centrales électriques ou sous les ailes des avions, consomme environ 50 % de sa puissance pour comprimer l’air à la pression élevée nécessaire pour une combustion efficace, une puissance qui n’est alors pas disponible pour la génération d’électricité », précise Banuti.
La nouvelle turbine repose sur un principe de combustion à gain de pression. Contrairement aux turbines à gaz conventionnelles qui utilisent un compresseur mécanique pour augmenter la pression de l’air, le système du KIT crée la pression requise à l’intérieur de la chambre de combustion. Des ondes de détonation se forment grâce à une instabilité mécanique des fluides, impliquant des motifs d’ondes et de vortex dans les gaz en écoulement. Cela permet à la turbine de fonctionner sans compresseur mécanique, réduisant ainsi les pertes d’énergie et le nombre de composants mobiles, tout en améliorant l’efficacité globale.
Bien que la technologie puisse fonctionner avec d’autres combustibles, l’hydrogène est particulièrement adapté en raison de sa réactivité rapide et de sa capacité à produire des augmentations de pression stables. Les chercheurs estiment que cette approche pourrait soutenir à terme des turbines plus légères, moins coûteuses et hautement efficaces, avec des applications potentielles dans la génération d’électricité et, à plus long terme, dans l’aviation.
Connecter la chambre de combustion à une turbine et convertir sa combustion intense en électricité représente un défi d’ingénierie supplémentaire. Les réactions rapides et puissantes à l’intérieur de la chambre compliquent le transfert d’énergie vers la turbine de manière stable. « C’est extrêmement difficile car les processus de combustion très rapides et intenses dans la chambre rendent le transfert d’énergie stable vers la turbine problématique. Nous sommes les premiers à faire fonctionner une telle turbine et à générer de l’électricité dans le processus », conclut Banuti.
Source : Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
