ドイツのカールスルーエ工科大学（KIT）の研究チームは最近、空気を機械的に圧縮することなくガスタービンを安定して駆動して発電できる、無圧縮ガスタービン技術で大きな進歩を遂げたと発表した。最新の実験では連続運転時間が5分を超え、燃焼室の過熱による短期間の点火と急速な故障のみというこれまでの技術的ボトルネックを打破した。

この結果は、将来の CO2 ニュートラル エネルギー システムに向けた重要な一歩となると考えられています。 KITの熱エネルギー技術安全研究所（ITES）所長ダニエル・バヌーティ教授は、この進歩は効率的かつ柔軟な水素エネルギー利用の実現と化石燃料を使わないエネルギーシステムの構築に重要な技術的支援を提供すると述べた。

巨大な機械式コンプレッサーに依存する従来のガスタービンとは異なり、この新しいシステムはコンプレッサーの必要性を完全に排除し、点火前に空気を高圧で予圧縮する必要がありません。現在一般的なガスタービンでは、発電所のユニットであれ、航空機のエンジンであれ、出力の約半分は、効率的な燃焼を維持するために空気を高圧に圧縮するコンプレッサーの駆動に使用されます。電力のこの部分は有効電力出力に変換できません。新しい設計は、このエネルギーの「内部消費」リンクを根本的にバイパスします。

ガス タービンは、いわゆる「圧力利得燃焼」原理を使用します。つまり、機械式コンプレッサーに依存する代わりに、燃焼室内のデトネーション波を使用して必要な圧力を生成します。これらの爆発波は流体力学的不安定性、つまり燃焼室内で自然に重なり合う渦構造と波の相互作用によって発生し、可動部品がなくてもガス圧力が上昇します。研究チームは、この方法はエネルギー損失を減らすだけでなく、システム構造を簡素化し、全体の効率を大幅に向上させることが期待できると指摘した。

燃料の選択に関しては、このシステムにはある程度の汎用性がありますが、水素が最も理想的な選択肢であると考えられています。水素は反応が早いため、安定した昇圧プロセスを短時間で完了させることができ、高効率の燃焼をサポートします。これは、この原理に基づいた将来のガスタービンは、発電分野において軽量かつ低コストの設計を達成することが期待され、航空推進などのより需要の高い用途シナリオに拡張される可能性があることを意味します。

本当の難しさは、このような激しく高速の過給燃焼プロセスを安定してターボ機械に接続し、エネルギーを電気出力に確実に変換することにあります。バヌーティ氏は、燃焼室内での燃焼強度が非常に高く、時間スケールが非常に短いため、流れ場の安定性を損なうことなく利用可能な電力を取り出してタービンを駆動することは非常に困難な工学的課題であると指摘しました。同氏は、チームが率先してこの無圧縮システムでタービンを駆動し、実際に発電することに成功し、この分野では初の記録であると強調した。

研究チームは、この非圧縮ガスタービンを、2026年4月20日から24日まで開催されるハノーバーメッセで一般公開する予定です。ブースは、ホール11のブースB06に設置され、将来の水素発電および業界へのゼロカーボンエネルギーシステムへの応用の可能性を実証します。