Vandenilio turbinos pasaulyje rekordai paprastai gerinami tyliai, laboratorijose, o paskui dar ilgai tenka kruopščiai dirbti, kad sistema taptų stabili. Šįkart viskas klostėsi kiek kitaip. Bandymų metu pavyko išlaikyti besprėžinės vandenilio turbinos darbą net 303 sekundes. Tai daugiau kaip minute ilgesnis rezultatas nei ankstesnis, daugelį metų laikytas itin sunkiai įveikiamu. Taip yra todėl, kad esant tokiam agresyviam degimui degimo kameros paprasčiausiai dažnai neatlaiko temperatūrų ir apkrovų.
Svarbu tai, kad čia nekalbama apie rekordą vien dėl sportinio intereso. Jei sistemoje pavyksta sukurti reikiamą slėgį be tradicinio kompresoriaus, keičiasi visos mašinos ekonomika: mažiau besisukančių elementų, mažesni energijos nuostoliai ir potencialiai didesnis naudingumo koeficientas. O laikais, kai vandenilis dar tik ieško sau racionalios vietos energetikoje, kiekviena technologija, leidžianti sumažinti galios švaistymą pagalbiniams procesams, automatiškai atsiduria tarp perspektyviausių sprendimų.
303 sekundės: bandymas, kuris reiškia daugiau nei vien skaičiai
Skaičius 303 gali skambėti kukliai, kol neįvertini, ką jis reiškia šios klasės technologijoms. Ankstesni tokio tipo sistemų bandymai dažnai pasibaigdavo po sekundės dalių – tęsti darbą buvo pernelyg rizikinga dėl galimų degimo kameros pažeidimų. Laiko pailginimas iki daugiau kaip penkių minučių rodo, kad proceso stabilumas nebėra atsitiktinis sėkmės momentas, o ima panašėti į valdomą darbo režimą.
Dar įdomesnė yra kita detalė: šiuo atveju ne tik pavyko stabiliai išlaikyti degimą, bet ir sujungti degimo kamerą su turbina taip, kad būtų gaminama elektros energija. Tai ta riba, kai eksperimentas išeina iš grynosios fizikos demonstracijos lygmens ir priartėja prie praktikos – galios perdavimo realiomis sąlygomis, kai degimo procesas yra itin staigus, intensyvus ir sunkiai suvaldomas.
Klasikinės dujinės turbinos veikimo logika atrodo paprasta: pirmiausia suspaudi orą, tada jį sumaišai su kuru, sudegini ir energiją pasiimi iš turbinos. Tačiau suspaudimas yra labai brangus energetiškai. Tipiniuose įrenginiuose maždaug pusė pagaminamos galios gali būti „suvartojama“ vien oro slėgiui padidinti iki tokio lygio, kuris užtikrina tinkamą degimo efektyvumą.
Besprėžinėje sistemoje kompresoriaus vaidmenį perima vadinamasis slėgio prieaugio degimas (angl. pressure-gain combustion). Supaprastintai tariant, specialiai suformuotos detonacinės bangos degimo kameroje sukuria slėgio padidėjimą be klasikinio, mechaninio suspaudimo. Tai nėra vien vieno elemento pakeitimas kitu – pasikeičia pati sistemos veikimo logika: slėgis formuojasi ten, kur vyksta degimas, o ne atskirame etape, kuris reikalauja didžiulių energijos sąnaudų ir sudėtingos, brangios mašinų salės.
Kodėl būtent vandenilis čia turi pranašumą?
Ši technologija teoriškai gali būti taikoma ir kitokiam kurui, tačiau vandenilis jai ypač tinka. Jis reaguoja itin greitai, o tokioje sistemoje spartūs cheminiai procesai padeda pasiekti stabilų slėgio prieaugį degimo kameroje. Kitaip sakant, kuras, kuris daugelyje kitų sričių sukelia logistinių rūpesčių, čia suteikia geresnes sąlygas pačiam degimo procesui valdyti.
Tačiau egzistuoja ir kita medalio pusė, apie kurią dažnai pamirštama, kai minimas „žaliasis vandenilis“. Degindamas vandenilį ore, CO2 neišskiri, bet esant labai aukštoms temperatūroms gali susidaryti azoto oksidai (NOx). Todėl praktiniams sprendimams itin svarbūs bus būdai, kaip apriboti NOx emisijas. Energetikoje tai nėra nauja problema – ją gerai pažįsta dujinių turbinų gamintojai, – tačiau čia užduotis dar sudėtingesnė, nes degimo procesas kameroje vyksta intensyviau.
Galimi pokyčiai energetikoje ir aviacijoje
Pagrindinis šios technologijos pažadas yra labai aiškus: daugiau naudingos galios iš tos pačios kuro porcijos, nes nebėra būtina „pradeginti“ pusę potencialo kompresoriui. Prie to prisideda ir teoriškai mažesnis judančių detalių skaičius, o tai dažniausiai reiškia pigesnę priežiūrą ir mažiau galimų gedimo taškų. Dujinių turbinų pasaulyje tokios „smulkmenos“ neretai nulemia, ar technologija apskritai turi šansų išeiti už laboratorijos ribų.
Ilgesnėje perspektyvoje natūrali tokios sistemos kryptis – aviacija, kur itin svarbi masė, efektyvumas ir patikimumas. Jeigu iš tiesų pavyktų patikimai išplėsti besprėžinio ciklo taikymo mastą, atsivertų kelias lengvesnėms ir efektyvesnėms turbinoms. Tačiau kelias nuo stabilaus bandymo iki sertifikuotos įrangos orlaiviams yra labai ilgas, todėl šiandien tai labiau signalas, kad tema gyva ir po truputį pereina iš įspūdingų demonstracijų į rimtą inžineriją.
303 sekundės dar nėra tas rezultatas, po kurio skelbiama energetikos revoliucija. Tačiau tai jau laikas, po kurio nebeįmanoma numoti ranka. Vandenilis susiduria ne tik su didelėmis gamybos sąnaudomis – daugybė su juo siejamų technologijų taip ir lieka gražiais grafiko taškais ir skaidrėmis prezentacijose. Šiuo atveju matyti realus proveržis srityje, kuri daugelį metų buvo ribojama temperatūrų, medžiagų atsparumo ir degimo nestabilumo.
Įdomiausia, kad kova vyksta dėl nuostolių, kuriuos klasikinėse turbinose visi seniai buvo linkę priimti kaip neišvengiamus. Jeigu šiuos nuostolius pavyks sumažinti ne dar viena pažangesne kompresorių karta, o pačiame degimo procese, gausime kitokio pobūdžio inovaciją – ne tokią ryškią reklamos prasme, bet daug griežčiau veikiančią bendro efektyvumo sąskaitą.
