A equipa de investigação do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), na Alemanha, anunciou recentemente que fez um grande avanço na tecnologia de turbinas a gás sem compressão: pode acionar de forma estável a turbina a gás para gerar eletricidade sem compressão mecânica de ar. Seu último experimento tem um tempo de funcionamento contínuo de mais de 5 minutos, quebrando o gargalo técnico anterior de apenas ignição de curto prazo e falha rápida devido ao superaquecimento da câmara de combustão.

Os resultados são vistos como um passo fundamental para um futuro sistema energético neutro em CO2. O professor Daniel Banuti, diretor do Instituto de Tecnologia e Segurança de Energia Térmica (ITES) do KIT, disse que esse progresso fornece suporte técnico importante para a utilização eficiente e flexível da energia do hidrogênio e a construção de um sistema de energia livre de combustíveis fósseis.

Ao contrário das turbinas a gás tradicionais que dependem de enormes compressores mecânicos, este novo sistema elimina totalmente a necessidade de compressores – não há necessidade de pré-comprimir o ar a alta pressão antes da ignição. Nas turbinas a gás actualmente comuns, quer se trate de uma unidade de central eléctrica ou de um motor de avião, cerca de metade da potência de saída é utilizada para accionar o compressor para comprimir o ar a alta pressão para manter uma combustão eficiente. Esta parte da potência não pode ser convertida em potência efetiva. O novo design contorna fundamentalmente esta ligação de “consumo interno” de energia.

A turbina a gás utiliza o chamado princípio de “combustão com ganho de pressão”: em vez de depender de um compressor mecânico, a onda de detonação dentro da câmara de combustão é utilizada para gerar a pressão necessária. Estas ondas de detonação originam-se de instabilidades hidrodinâmicas – a interação de estruturas de vórtices e ondas que se sobrepõem naturalmente dentro da câmara de combustão, aumentando a pressão do gás sem quaisquer partes móveis. A equipa de investigação destacou que este método não só reduz a perda de energia, mas também simplifica a estrutura do sistema, o que deverá melhorar significativamente a eficiência global.

Em termos de seleção de combustível, o sistema tem certa versatilidade, mas o hidrogênio é considerado a opção mais ideal. O hidrogénio reage rapidamente, o que contribui para completar um processo estável de aumento de pressão numa escala de tempo muito curta, apoiando assim uma combustão de alta eficiência. Isto significa que se espera que as futuras turbinas a gás baseadas neste princípio obtenham designs mais leves e de menor custo no domínio da geração de energia, e tenham potencial para serem expandidas para cenários de aplicação de maior procura, como a propulsão da aviação.

A verdadeira dificuldade reside em acoplar de forma estável um processo de combustão tão violento e rápido sobrealimentado à turbomáquina e converter de forma confiável a energia em produção elétrica. Banuti destacou que devido à intensidade de combustão extremamente alta e à escala de tempo extremamente curta na câmara de combustão, é uma tarefa de engenharia muito desafiadora extrair a potência disponível e acionar a turbina sem destruir a estabilidade do campo de fluxo. Ele enfatizou que a equipe assumiu a liderança no acionamento bem-sucedido de uma turbina e na geração de eletricidade neste sistema sem compressão, que é o primeiro registro nesta área.

A equipe de pesquisa planeja exibir publicamente esta turbina a gás sem compressão na próxima Hannover Messe, de 20 a 24 de abril de 2026. O estande estará localizado no estande B06, no Hall 11, para demonstrar seu potencial de aplicação na futura geração de energia a hidrogênio e em sistemas de energia com zero carbono para a indústria.