Almanya’daki bilim insanlarının geliştirdiği yeni bir 3D baskılı enjeksiyon sistemi, kompakt gaz türbinlerinin hidrojen, kerosen, metanol, doğal gaz ve diğer e-yakıtlar dahil geniş bir yakıt yelpazesini temiz biçimde yakmasını sağlayabilir.
Enjeksiyon nozulu olarak adlandırılan sistem, Stuttgart Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Yanma Teknolojisi Enstitüsü (IVLR) bünyesinde genç araştırma grubu lideri olan Dr. Fabian Hampp ve ekibi tarafından geliştirildi. Sistem, emisyonları ve üretim maliyetlerini sınırlarken farklı yakıtlarla çalışabiliyor.
Ekip, gaz türbini enjektörünü üretmek için eklemeli imalat (3D baskı) yönteminden yararlandı. Hampp, farklı fiziksel özelliklere sahip yakıtlarla uyumlu olan ve laboratuvarda test edilen bu teknolojiyi bir prototipe dönüştürmeyi ve gerçek dünya koşullarında test etmeyi planladıklarını açıkladı.
Hampp, “Gaz türbinlerinin üretiminde eklemeli imalat kullanmak artık sıra dışı değil ancak bu durum, en önemli bileşenlerden biri olan ve yakıtı yanma odasına püskürten enjeksiyon sistemleri için genellikle geçerli değildi.” dedi.
Farklı Yakıtlar için Tasarlandı
Gaz türbinleri, güneş ve rüzgâr enerjisi üretimi düştüğünde şebekeyi dengelemek için hızla devreye girebilen puant santralleri olarak kullanılabiliyor. Ancak karbon ayak izlerini azaltmak için doğal gazın hidrojen, metanol veya diğer e-yakıtlarla değiştirilmesi gerekebilir.
Bu büyük bir zorluk çünkü hidrojen, doğal gaz ve nispeten yüksek viskoziteli kerosen birbirinden çok farklı davranıyor. Farklılıklar, tek bir enjektörün temiz yanma için gereken yakıt-hava karışımını sağlamasını zorlaştırıyor.
Ekip söz konusu sorunu aşmak için uçak türbinlerinde kullanılan bir enjeksiyon prensibini yeni enjektöre uyarladı. Teknoloji, yakıt ile hava yeterince iyi karışmadığında oluşan kurum ve azot oksit emisyonlarının azaltılmasına da yardımcı olabiliyor.
Bu nedenle enjeksiyon sistemlerinin çok ince bir yakıt sisi oluşturması ve bunu yanma odasına eşit biçimde dağıtması gerekiyor. Hampp, “Ancak nozullarımızın özel tasarımı, geniş bir yakıt yelpazesinin temiz biçimde yakılmasını mümkün kılıyor.” dedi.
Pürüzlü Yüzey Sorununu Aşmak
Araştırmacılara göre küçük enjeksiyon sistemlerini eklemeli imalatla üretmek geçmişte zordu çünkü metal 3D baskı tamamen pürüzsüz yüzeyler oluşturmuyor. Bir 3D baskı yöntemi olan lazer toz yataklı ergitmede (LPBF) lazer, karmaşık iç kanallar ve boşluklar oluşturmak için metal tozu katmanlarını seçici biçimde eritiyor.
Pürüzlü yüzeyler, hassas miktarda yakıtın çok küçük açıklıklardan ince bir sis hâlinde geçmesi gerektiğinde sorun yaratabiliyor. Stuttgart Üniversitesi Takım Tezgâhları Enstitüsü direktörü Dr. Hans-Christian Möhring, yaptığı açıklamada, “Sorun şu ki bu baskılı yapıların yüzeyleri hiçbir zaman tamamen pürüzsüz olmuyor.” ifadelerini kullandı.
Yeni sistem yüzey kusurlarına rağmen çalışabiliyor. Möhring, bunun ekibe laboratuvarda çok temiz bir yanmanın mümkün olduğunu gösterdiğini açıkladı. Eklemeli imalat, üretim maliyetlerini de düşürebilir.
Brülörler ve yanma odaları zaten bu teknolojiyle yaygın olarak üretiliyor. Bu nedenle enjeksiyon sistemi de potansiyel olarak doğrudan bu bileşenlere entegre edilebilir. Teknoloji ileride eski gaz türbinlerine de sonradan uyarlanabilir. Böylece mevcut ekipmanların farklı enerji kaynaklarıyla çalışması sağlanabilir.
Araştırmacılar şimdi bir prototip üretmeden önce eklemeli imalat sürecini ve nozul geometrisini optimize etmeyi planlıyor. Ayrıca sistemi farklı yakıtlarla gerçek dünya koşullarında test etmeyi amaçlıyor.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/3d-printed-gas-turbine-injector-burn-hydrogen
