KIT baut Wasserstoff-Turbine der Zukunft

In der Welt der Ingenieure sind fünf Minuten oft eine Ewigkeit. Genau 303 Sekunden lang lief die neuartige Turbine der Karlsruher Forscher stabil – und übertraf damit den bisherigen Laufzeitrekord der US-Weltraumbehörde NASA, der bei rund 250 Sekunden lag. Doch es geht hier nicht nur um die Zeit. Es geht um das Prinzip: Das Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Professor Daniel Banuti hat erstmals bewiesen, dass man mit dieser radikal neuen Bauweise tatsächlich Strom erzeugen kann.

Um zu verstehen, warum diese Entwicklung so wichtig ist, muss man einen Blick in das Innere heutiger Gasturbinen werfen – egal ob im Gaskraftwerk oder unter dem Flügel eines Airbus-Jets. Damit der Treibstoff effizient verbrennt, muss die angesaugte Luft extrem stark verdichtet werden. Dafür sorgt bisher ein riesiger, schwerer Kompressor am Eingang der Turbine.

Das Problem dabei: Dieser Kompressor ist ein gewaltiger Energiefresser. „Eine klassische Gasturbine verbraucht etwa 50 Prozent ihrer Leistung, um Luft auf den für eine effiziente Verbrennung erforderlichen hohen Druck zu komprimieren“, erklärt Daniel Banuti, der am KIT das Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit leitet und sich auf Wasserstoff-Antriebe spezialisiert hat. Im Klartext: Die Hälfte der erzeugten Energie geht sofort wieder verloren, nur um die Maschine am Laufen zu halten. Sie steht also nicht als Strom für das Netz oder den Antriebsschub für das Flugzeug zur Verfügung.

Die Lösung: Explosion statt Kompression

Die Karlsruher Innovation macht diesen mechanischen Kompressor überflüssig. Die Technik nennt sich „Druckgewinnverbrennung“. Anstatt die Luft mechanisch zusammenzupressen, nutzen die Ingenieure physikalische Schockwellen.

In der Brennkammer wird das Gemisch nicht einfach verbrannt, sondern es entstehen Detonationswellen. Diese extrem schnellen Verbrennungsvorgänge erzeugen den notwendigen hohen Druck durch Wellen und Wirbel in der Strömung selbst. Das Ergebnis:

• Höhere Effizienz: Da kein Kompressor angetrieben werden muss, bleibt mehr Energie als Nutzleistung übrig.
• Weniger Gewicht: Die Turbine benötigt weniger bewegliche Teile und ist leichter.
• Idealer Partner für Wasserstoff: Wasserstoff reagiert extrem schnell und eignet sich daher perfekt für diese Detonationswellen, auch wenn die Technik prinzipiell mit anderen Brennstoffen funktioniert.

Wettlauf mit der NASA

Die Idee der „Rotating Detonation Engines“ (RDE) beschäftigt die Forschung schon länger. Die US-Raumfahrtbehörde NASA experimentiert intensiv mit dieser Technologie – allerdings primär mit dem Blick zu den Sternen. Die US-Behörde testet am Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, solche Antriebe für Raketen (Rotating Detonation Rocket Engine), um Raumfahrzeuge effizienter und für Flüge zum Mond oder Mars auch leichter zu machen. Dass das KIT den NASA-Laufzeitrekord nun gebrochen hat, ist ein prestigeträchtiger Erfolg.

Doch der wahre Meilenstein der Karlsruher liegt in der Anwendung: Während Raketen „nur“ Schub brauchen, haben die Deutschen es geschafft, die wilde Energie der Detonationen so zu bändigen, dass sie eine Turbine antreibt und stabil Strom erzeugt. Das galt bisher als extrem schwierig, da die explosionsartigen Vorgänge eine stabile Energieübertragung fast unmöglich machten.

Wo werden wir die Turbinen sehen?

Die Einsatzgebiete für die kompressorlose Turbine sind vielfältig. Zum einen ist sie ein Hoffnungsträger für das klimaneutrale Stromnetz der Zukunft. Da sie mit grünem Wasserstoff betrieben werden kann und hocheffizient ist, eignet sie sich für flexible Kraftwerke, die einspringen, wenn Wind und Sonne Pause machen.

Zum anderen schielt natürlich auch die Luftfahrt auf die Technik. Da der schwere Kompressor wegfällt, könnten mit Wasserstoff oder E-Fuels betriebene Flugzeugtriebwerke künftig deutlich leichter und sparsamer werden.

Wer sich das technische Wunderwerk selbst ansehen möchte: Das KIT präsentiert die Rekord-Turbine vom 20. bis 24. April 2026 auf der Hannover Messe.