德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）研究團(tuán)隊近日宣布，在無壓縮燃?xì)廨啓C技術(shù)上取得重大突破：無需對空氣進(jìn)行機械壓縮，即可穩(wěn)定驅(qū)動燃?xì)廨啓C發(fā)電，其最新實驗持續(xù)運行時間已超過5分鐘，打破了此前僅能短暫點火、迅速因燃燒室過熱而失效的技術(shù)瓶頸。

該成果被視為向未來二氧化碳中和能源系統(tǒng)邁出的關(guān)鍵一步。KIT熱能技術(shù)與安全研究所（ITES）所長丹尼爾·巴努蒂（Daniel Banuti）教授表示，這一進(jìn)展為實現(xiàn)高效、靈活的氫能利用、構(gòu)建無化石燃料能源體系提供了重要技術(shù)支撐。

與傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C依靠龐大機械壓縮機不同，這一新型系統(tǒng)完全取消了壓縮機——點火前無需預(yù)先對空氣進(jìn)行高壓壓縮。 在目前常見的燃?xì)廨啓C中，無論是電站機組還是飛機發(fā)動機，大約有一半的輸出功率被用于驅(qū)動壓縮機，將空氣壓縮到高壓以維持高效燃燒，這部分功率無法轉(zhuǎn)化為有效電力輸出。 新設(shè)計則從根本上繞開了這一能量“內(nèi)耗”環(huán)節(jié)。

該燃?xì)廨啓C采用所謂“增壓燃燒”（pressure-gain combustion）原理：不再依賴機械壓縮機，而是利用燃燒室內(nèi)部的爆轟波來產(chǎn)生所需壓力。 這些爆轟波源于流體力學(xué)不穩(wěn)定性——渦旋結(jié)構(gòu)與波動的相互作用在燃燒室內(nèi)自然疊加，從而在沒有任何運動部件的情況下提高氣體壓力。 研究團(tuán)隊指出，這種方式不僅降低了能量損失，還簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有望顯著提升整體效率。

在燃料選擇上，系統(tǒng)具備一定通用性，但氫氣被認(rèn)為是最理想選項。 氫氣反應(yīng)速度快，有利于在極短時間尺度內(nèi)完成穩(wěn)定的壓升過程，從而支撐高效率燃燒。 這意味著，未來基于該原理的燃?xì)廨啓C，有望在發(fā)電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更輕量、更低成本的設(shè)計，并有潛力擴(kuò)展至航空推進(jìn)等更高要求的應(yīng)用場景。

真正的難點在于，將這樣一種劇烈、快速的增壓燃燒過程與渦輪機械穩(wěn)定耦合，并將其中的能量可靠地轉(zhuǎn)化為電力輸出。 巴努蒂指出，由于燃燒室內(nèi)燃燒強度極高、時間尺度極短，要在不破壞流場穩(wěn)定性的前提下，從中提取可用功率并驅(qū)動渦輪，是一項極具挑戰(zhàn)的工程任務(wù)。 他強調(diào)，團(tuán)隊已經(jīng)率先實現(xiàn)了在這一無壓縮系統(tǒng)中成功驅(qū)動渦輪并實際產(chǎn)生電能，這是該領(lǐng)域的首次紀(jì)錄。

研究團(tuán)隊計劃在即將于2026年4月20日至24日舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會上公開展示這臺無壓縮燃?xì)廨啓C，展位位于11號館B06號展臺，向業(yè)界展示其在未來氫能發(fā)電與零碳能源系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。