Štutgarto mokslininkai kurs penkiems kurams pritaikytus turbinos purkštukus

2026 m. rugsėjo 24 d. Štutgarto universitetas ir Vokietijos aviacijos ir kosmonautikos centras DLR pradėjo mokslinių tyrimų transfero projektą „AMFlexInj“. Tai pasaulio technologijų naujiena: mokslininkai siekia 3D spausdinimo būdu pagaminti kuro įpurškimo sistemas kompaktinėms dujų turbinoms. Lietuvos institucijų, įmonių ar konkrečių projektų ryšys su šiuo darbu nepateikiamas, todėl projektą verta vertinti kaip užsienyje kuriamą sprendimą energetikos ir pramonės reikmėms. Numatyta, kad nauji purkštukai turbinoms suteiktų galimybę naudoti skirtingas kuro rūšis ir siekti mažesnių emisijų, o tai tiesiogiai susiję su elektros tiekimo sprendimais, kai nepavyksta gauti pakankamai saulės ar vėjo energijos. Apie projekto pradžią tą pačią dieną paskelbė Štutgarto universitetas.

Projekto tikslas – mažesnių emisijų degimas

„AMFlexInj“ pavadinimas reiškia adityviąja gamyba sukurtas mikroįpurškimo koncepcijas, skirtas kuro lankstumui ir mažų emisijų degimo sistemoms. Esminis projekto tikslas nėra vien pakeisti įprastą detalės gamybos būdą 3D spausdinimu. Tyrėjai ketina sukurti tokius kuro purkštukus, kurie leistų kompaktinėms dujų turbinoms veikti mažiausiomis emisijomis. Pirminėje projekto apžvalgoje nurodoma, kad šis sprendimas siejamas su galimybe švariau ir efektyviau deginti skirtingą kurą bei iš esmės mažinti anglies dioksido ir azoto oksidų emisijas. Tai yra projekto siekis, o ne jau paskelbtas eksploatacinių bandymų rezultatas: komanda tik planuoja naująjį gamybos procesą išbandyti platesniam naudojimui.

Viena sistema numatyta bent penkioms kuro rūšims

Naujoji įpurškimo sistema projektuojama taip, kad kompaktinėse dujų turbinose būtų galima efektyviai deginti bent penkias kuro rūšis. Tarp jų įvardyti vandenilis, metanolis, sintetinis e-kuras, gamtinės dujos ir žibalas, dar vadinamas kerosinu. Šis sąrašas svarbus tuo, kad projekte nėra apsiribojama viena pasirinkta degalų rūšimi: tie patys kuriami purkštukai turi būti pritaikomi keliems skirtingiems degimo scenarijams. Vandenilis, metanolis ir sintetinis e-kuras pateikiami greta dabar plačiai naudojamų gamtinių dujų bei žibalo. 2026 m. rugsėjo 25 d. technologijų leidinys „3Druck.com“ nurodė, kad būtent toks kelių kuro rūšių lankstumas yra vienas iš numatomų 3D spausdintos sistemos bruožų.

Šių penkių rūšių išvardijimas kartu apibrėžia ir techninę projekto užduotį. Kuro įpurškimo sistema turi veikti ne su abstrakčiu „alternatyviu kuru“, o su konkrečiai nurodytais vandeniliu, metanoliu, sintetiniu e-kuru, gamtinėmis dujomis ir žibalu. Todėl tyrimo kryptis apima tiek kuro pasirinkimo lankstumą, tiek patį kuro patekimą į turbinos degimo zoną. Projekte numatoma, kad purkštukai padėtų turbinoms dirbti mažų emisijų režimu, tačiau medžiagoje nepateikiami išmatuoti emisijų dydžiai, palyginamosios procentinės reikšmės ar konkrečios įrenginių galios. Dėl to svarbu atskirti paskelbtą technologinę kryptį nuo būsimų bandymų rezultatų, kuriuos komanda dar tik ketina vertinti.

Sudėtingi kanalai formuojami pačiame degiklyje

Pagrindinis gamybos metodas projekte yra metalo miltelių suliejimas lazeriu, dažnai trumpinamas PBF. Lyginant su tradiciniais gamybos ir liejimo būdais, ši technologija leidžia sudėtingus vidinius kanalus ir ertmes suformuoti tiesiogiai degiklyje. Toks sprendimas svarbus kuro įpurškimo sistemai, nes jos veikimas priklauso ne vien nuo išorinės detalės formos, bet ir nuo kuro judėjimo viduje esančiais labai mažais keliais. Kai šie kanalai kuriami pačioje spausdinamoje konstrukcijoje, galima mažinti atskirų detalių skaičių. Tyrėjų pateiktame palyginime tai siejama ir su pigesne gamyba, nes mažiau dalių reikia gaminti bei jungti tarpusavyje.

PBF naudojimas projekte nereiškia, kad 3D spausdinimas čia tampa savitikslis. Jo paskirtis – suteikti galimybę į vieną degiklio konstrukciją integruoti kanalus ir ertmes, kurių įprastais metodais reikėtų siekti per daugiau atskirų elementų. Būtent detalių skaičiaus mažinimas nurodomas kaip skirtumas nuo tradicinio gaminimo ir liejimo. Tačiau pateiktoje medžiagoje nėra konkrečios būsimos savikainos, detalių skaičiaus prieš ir po pertvarkymo ar gamybos trukmės. Todėl pagrįsta kalbėti apie numatomą gamybos atpiginimą ir konstrukcijos supaprastinimą, bet ne apie jau apskaičiuotą finansinę naudą konkrečiai turbinai ar jos gamintojui.

Smulkios angos tapo pagrindiniu techniniu barjeru

Kuro įpurškimo sistemos iki šiol buvo viena sudėtingiausių dujų turbinos dalių, kai kalbama apie adityviąją gamybą. Štutgarto universiteto Aviacijos ir kosminės erdvės inžinerijos degimo technologijų instituto jaunosios mokslininkų grupės vadovas dr. Fabian Hampp nurodė, kad būtent šios sistemos retai spausdintos 3D būdu dėl itin griežtų geometrijos reikalavimų. Šis barjeras susijęs su tuo, kad purkštukas turi valdyti kuro patekimą per smulkias angas, o tokios detalės forma ir vidinė sandara nėra antraeiliai gamybos parametrai. 2026 m. rugsėjo 28 d. šį mokslininko paaiškinimą paskelbė „Chemeurope“.

Metalo 3D spausdinimas kelia specifinį sunkumą: proceso metu susidaręs paviršiaus šiurkštumas paprastai trukdo tiksliai dozuoti kurą per mažas purkštuko angas. Vadinasi, vien galimybės išspausdinti metalinę detalę nepakanka, nes kuro padavimas turi išlikti kontroliuojamas. „AMFlexInj“ komanda šiai problemai spręsti pritaikė ir išplėtė aviaciniuose varikliuose naudojamą veikimo principą. Jo paskirtis – suformuoti smulkų kuro rūką net tuomet, kai atspausdinto paviršiaus savybės nėra tokios lygios, kokių reikėtų tradiciniam labai tiksliam dozavimui. Tai yra projekto techninis atsakas į šiurkštumo ir mažų angų derinio problemą.

Smulkaus kuro rūko suformavimas šiame tyrime susiejamas su praktine galimybe naudoti 3D spausdintus purkštukus ten, kur paviršiaus reikalavimai anksčiau ribojo tokių metodų taikymą. Mokslininkai nepateikia skaitinių duomenų apie angų dydį, paviršiaus šiurkštumo vertes ar įpurškimo tikslumą, todėl šių parametrų negalima papildyti prielaidomis. Tačiau projekto pateikta logika aiški: paviršiaus šiurkštumas apsunkina tikslų dozavimą, o iš aviacinių variklių perimtas ir išplėstas principas skirtas išlaikyti reikalingą kuro paskleidimą. Tokiu būdu sprendžiama kliūtis, dėl kurios kuro įpurškimo sistemos anksčiau retai buvo gaminamos metalo 3D spausdinimu.

Darbą koordinuoja trijų sričių specialistai

Projektui vadovauja trys mokslininkai iš partnerių institucijų. Dr. Fabian Hampp dirba Štutgarto universiteto Aviacijos ir kosminės erdvės inžinerijos degimo technologijų institute. Prie vadovų komandos prisideda Štutgarto universiteto Įrankių staklių instituto direktorius prof. dr. Hans-Christian Möhring bei DLR Degimo technologijų instituto vyresnysis mokslininkas dr. Oliver Lammel. Tokia sudėtis sujungia degimo technologijų, gamybos ir DLR kompetencijas. Svarbu, kad projektas paskelbtas kaip mokslinių tyrimų transfero iniciatyva, todėl jo tikslas apima ne vien pačios koncepcijos kūrimą, bet ir jos kelią į platesnį praktinį taikymą kompaktiškose turbinose.

Trijų vadovų vaidmenys nurodyti kartu su 2026 m. rugsėjo 24 d. projekto paskelbimu, tačiau pateiktoje informacijoje nėra išskirstytų konkrečių individualių užduočių, projekto biudžeto, trukmės ar bandymų grafiko. Patikimai galima konstatuoti tai, kad Hampp atstovauja Štutgarto universiteto degimo technologijų institutui, Möhring yra Įrankių staklių instituto direktorius, o Lammel – DLR Degimo technologijų instituto vyresnysis mokslininkas. Ši partnerystė svarbi ir dėl pačios technologijos pobūdžio: purkštukų kūrimas vienu metu reikalauja suprasti metalinę adityviąją gamybą bei kuro įpurškimo ir degimo procesus.

Turbinos numatytos laikotarpiams, kai trūksta saulės ir vėjo energijos

Komanda planuoja naująjį gamybos procesą išbandyti plačiam panaudojimui kompaktinėse dujų turbinose. Tokios turbinos pateikiamos kaip energetikos sistemos elektros tiekimo priemonė laikotarpiais, kai saulės ir vėjo jėgainės pagamina nepakankamai energijos. Tai apibrėžia praktinį „AMFlexInj“ kontekstą: kuriami purkštukai nėra atskira laboratorinė detalė be numatyto panaudojimo, o komponentas turbinoms, kurios gali prisidėti prie elektros tiekimo nepakankamos atsinaujinančių šaltinių gamybos metu. Vis dėlto medžiagoje nenurodyta, kuriose energetikos sistemose, kokio galingumo turbinose ar nuo kada vyktų platesni bandymai.

Kuro lankstumas čia siejamas su turbinų vaidmeniu energetikoje. Projektas numato vieną įpurškimo sistemos kryptį bent penkiems kurams, o kompaktinių turbinų paskirtis aprašoma per elektros tiekimą tada, kai saulės ir vėjo generacija yra nepakankama. Šie du elementai paaiškina, kodėl tyrėjai susitelkė būtent į purkštukus: degiklyje integruoti kanalai, kuro paskleidimas ir galimybė dirbti su keliomis kuro rūšimis turi būti suderinti vienoje sistemoje. Tačiau paskelbta informacija neleidžia teigti, kad naujieji purkštukai jau montuojami veikiančiose turbinose ar kad jie jau užtikrina elektros tiekimą konkrečioje rinkoje.

Dešimtmetį taikoma technologija sprendžia naują užduotį

Adityvioji gamyba dujų turbinų pramonėje nėra naujovė: ji taikoma daugiau kaip 10 metų, o vienas nurodomų pavyzdžių yra „Siemens Energy“. „AMFlexInj“ išsiskiria ne tuo, kad pirmą kartą mėginama spausdinti turbinos komponentus apskritai. Projekto naujumas apibrėžiamas siauriau ir konkrečiau – siekiu įveikti itin smulkių kuro purkštukų spausdinimo problemą taip, kad sistema būtų lanksti kelių rūšių kuro deginimui. Taigi tyrėjai tęsia jau pramonėje naudojamos adityviosios gamybos kryptį, bet ją taiko komponentui, kuriam iki šiol keliami ypač griežti geometrijos ir paviršiaus reikalavimai.

Daugiau nei dešimtmečio pramonės patirtis suteikia svarbų palyginimo tašką. Viena vertus, metalo adityvioji gamyba jau yra naudojama turbinų srityje; kita vertus, kuro įpurškimo sistemos liko retenybe dėl jų sudėtingumo. Todėl projekto tikslas nėra skelbti, kad 3D spausdinimas pakeis visus tradicinius turbinų gamybos metodus. Jis orientuotas į konkrečią kliūtį – mažų purkštukų konstrukciją ir jų gebėjimą tinkamai paskleisti kelių rūšių kurą. Jei planuojami bandymai patvirtintų koncepcijos veikimą plačiai naudojamose kompaktinėse turbinose, tai būtų praktinis žingsnis nuo esamos adityviosios gamybos patirties prie sudėtingų įpurškimo sistemų.

Šaltiniai

• Cleaner gas turbines using additive manufacturing | University of Stuttgart
• Cleaner gas turbines using additive manufacturing – Chemeurope
• 3D-printed injectors are expected to make gas turbines for hydrogen and e-fuels more flexible – 3Druck.com
• Cleaner gas turbines using additive manufacturing – Chemeurope