Mit Mikrogasturbinen die Energiewende vorantreiben
Gasturbinen kommen in zahlreichen Anwendungen von Flugzeugtriebwerken bis hin zu großen Stromgeneratoren zum Einsatz. Ihre Funktionsweise ist relativ einfach: Dehnt sich Gas unter hohem Druck und bei hoher Temperatur in der Turbine aus, treibt es ein Schaufelrad an und erzeugt auf diese Weise Strom, der einen internen Kompressor und einen externen Stromgenerator antreibt. „In letzter Zeit ist das Interesse am Potenzial der Mikrogasturbinen gewachsen“, sagt Jafar Al-Zaili, Projektmitglied von NextMGT(öffnet in neuem Fenster) und Dozent für Energie und Antriebe an der City St George’s, University of London(öffnet in neuem Fenster) im Vereinigten Königreich. „Wir sprechen hier von allem, was unterhalb von 500 kW arbeitet.“ Ein Grund dafür ist, dass mit Mikrogasturbinen potenziell dezentrale Energiesysteme unterstützt werden können. Die Idee dahinter besagt, dass anstelle eines zentralen Kraftwerks kleinere Kraftwerksmodule Energie und auch Wärme effizienter und näher am Endverbrauch bereitstellen könnten. Diese räumliche Nähe würde die Übertragungsverluste verringern und gestattet die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärmeenergie, eine sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung. Ihre kompakte Größe und ihre betriebliche Flexibilität lassen außerdem schnelle An- und Abschaltzyklen zu, wodurch die Reaktionszeit zwischen Bedarfsschwankungen und Stromerzeugung minimiert wird.
Weiterentwicklung der Mikrogasturbinentechnologie und Suche nach Möglichkeiten
Im Rahmen des Projekts NextMGT, das innerhalb der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde, sollten die Mikrogasturbinentechnologie weiterentwickelt und Marktchancen ermittelt werden. Eine Herausforderung besteht darin, dass Mikrogasturbinen aufgrund von Skaleneffekten teuer sind. Das Projektteam konzentrierte sich daher sowohl auf die Beseitigung ökonomischer Nachteile als auch auf technologische Stärken. Zu diesem Zweck wurden projektintern fünfzehn Nachwuchsforschende zusammengebracht, um die Mikrogasturbinen aus verschiedenen Blickwinkeln zu untersuchen. Einige Forschende betrachteten das Potenzial in Bezug auf die Zusammenführung von Mikrogasturbinen mit Energiespeichern, während andere Verbrennung, Emissionen und Umweltaspekte durchleuchteten. Bei den Aktivitäten der Nachwuchsforschenden ging es außerdem um potenzielle Lösungen für Kleinausrüstungen und die Integration mit innovativen Komponenten. Auch der Umgang mit und die Kommerzialisierung von geistigem Eigentum wurde geprüft. „Die Erforschung der ökonomischen Modellierung sowie Politik und Verordnungen bildeten das Herzstück dieses Projekts“, erläutert Al-Zaili. „Uns interessierte wirklich sehr, wie wir die Durchdringung dieser Technologie in Richtung Markt verbessern können.“
Starkes akademisches und industrielles Ausbildungsnetzwerk
Eine wichtige allgemeine Schlussfolgerung aus dieser Arbeit lautet, dass auf dem Markt Raum für Mikrogasturbinen vorhanden ist. Die Nachfrage nach dieser Technologie wird jedoch von der Politik abhängen und davon, auf welche Weise der Übergang zur Dekarbonisierung unserer Wirtschaft erfolgen wird. „Wir konnten auch auf der technischen Seite Fortschritte verzeichnen, zum Beispiel bei der Verbrennung alternativer Brennstoffe“, fügt Al-Zaili hinzu. „Gasturbinen sind dafür gut geeignet, weil sie sehr flexibel sind.“ Als ein weiterer wichtiger Erfolg ist das Ausbildungselement des Projekts zu nennen. Die fünfzehn Nachwuchsforschenden profitierten von dem starken, sie umgebenden Ausbildungsnetzwerk, wobei sie Zeit in verschiedenen Einrichtungen und Unternehmen verbrachten. Sie promovierten und arbeiten nun in der Wissenschaft und in der Industrie.
Das Potenzial von Wasserstoff und KI
Im Zuge von NextMGT eröffneten sich neue Forschungswege, wodurch das Projektteam dazu angeregt wurde, sich um ein nachfolgendes Ausbildungsprojekt zu bewerben. Gelingt dies, werden die wichtigsten Forschungsthemen wahrscheinlich von den sich entwickelnden politischen Prioritäten beeinflusst werden. Wasserstoff zum Beispiel wird zu einem hochwichtigen Thema. Mikrogasturbinen eignen sich von Natur aus gut für die Verbrennung von Wasserstoff, der dann als verbindender Energieträger in der zukünftigen Energieversorgungskette zum Einsatz kommen kann. Ein weiterer Schwerpunkt dürfte die künstliche Intelligenz (KI) sein, die ein enormes Potenzial in Hinsicht auf die Verbesserung der Effizienz von Systemen in sich birgt. „Diese beiden Bereiche werden wahrscheinlich in Zukunft im Mittelpunkt stehen“, berichtet Al-Zaili.
Schlüsselbegriffe
NextMGT, Energie, Mikrogasturbinen, Strom, Industrie, Kraftwerk, Wasserstoff, KI
