3D-nyomtatás teheti zöldebbé a gázturbinák működését – bármilyen üzemanyag jó az új befecskendezővel

A megújulókra alapozó energiaipar egyik legnagyobb dilemmája az, hogy hogyan biztosítható a folyamatos áramellátás olyankor is, amikor a szél nem fúj, a nap pedig nem süt. A gázturbinák jelenleg kulcsszerepet játszanak a kieső kapacitások pótlásában, ám a technológia igazi áttörését az jelentené, ha a földgáz helyett környezetbarát alternatívákkal, például metanollal is hatékonyan üzemelnének.

A Stuttgarti Egyetem, illetve a Német Repülési és Űrkutatási Központ kutatói most olyan innovatív befecskendező rendszert fejlesztenek, amely 3D-nyomtatás segítségével készül, és a legkülönfélébb üzemanyagok – a fentebb írt metanol mellett hidrogén, kerozin, földgáz vagy e-üzemanyag – tiszta elégetésére is képes.

„Ma már nem számít szokatlannak, hogy az additív gyártás megjelenik a gázturbinák építésénél. De ez eddig általában nem vonatkozott az egyik legfontosabb alkatrészre: a befecskendező rendszerre” – mutatott rá az egyetem közleményében Fabian Hampp, a kutatócsoport vezetője.

Miniatürizált technológia a gázturbina-üzemanyagok tiszta elégésért

A fejlesztés során a környezetszennyező anyagok, például a korom és a nitrogén-oxidok minimalizálása jelenti a legnagyobb kihívást. Ezek az anyagok elsősorban akkor keletkeznek, ha nem tökéletes az üzemanyag és a levegő keveredése. A befecskendező rendszereket éppen ezért úgy tervezték, hogy a lehető legfinomabb üzemanyagködöt és homogén keveréket hozzák létre az égéstérben.

A kisebb turbinák esetében azonban a 3D-nyomtatás eddig akadályokba ütközött.

A hagyományos fémporágyas lézeres olvasztási eljárás során a rétegenként felépített alkatrészek felülete soha nem lesz teljesen sima. A kutatócsoportnak viszont sikerült olyan rendszert terveznie, amely a nyomtatott felületek érdessége ellenére is kifogástalanul működik. A repülőgép-turbinákban alkalmazott elvet miniatürizálták, és első alkalommal integrálták egy új befecskendező-kialakításba, lehetővé téve, hogy laboratóriumi körülmények között rendkívül tiszta égési folyamat valósuljon meg.

Az új eljárás jelentős költségcsökkentést hozhat, mivel az égőfejeket és égéstereket gyakran már eleve 3D-nyomtatással készítik.

Az új befecskendező fúvókák egyik legnagyobb előnye viszont a rugalmasság: amíg a hagyományos rendszereket egyetlen üzemanyagtípushoz tervezik, ez a megoldás a hidrogéntől a kerozinig szinte bármivel kompatibilis. Mivel a különféle anyagok sűrűsége és tulajdonságai eltérnek, az optimális keveredés általában csak egy konkrét típusnál valósul meg, de az új konstrukció áthidalja ezt a különbséget.

A fejlesztés jelenleg a validációs szakaszban tart, a kutatók pedig a fúvókageometria optimalizálásán dolgoznak tovább, mielőtt megépítenék a prototípust. A végső teszteket valós körülmények között, különféle üzemanyagokkal végzik el Stuttgartban.

Gábor János, NEW technology