Letztere arbeiten in Umkehrung des Turbinenprinzips und dienen der Förderung und Verdichtung von Gasen unter Aufwendung von Energie. Der Name Gasturbine rührt vom gasförmigen Arbeitsmedium her. Der verwendete Brennstoff kann gasförmig, flüssig oder fest sein. Gasturbinen in Kraftwerken, in der Industrie oder in Luftfahrtantrieben dienen der Energiewandlung und besitzen üblicherweise einen vorgeschalteten Turboverdichter. Turbinentriebwerke, Gasturbinen für stationäre Anwendungen und Turbokompressoren sind trotz ihrer unterschiedlichen Anwendungsgebiete konzeptionell verwandt. Nach den Vorhersagen der Internationalen Energieagentur69 werden in absehbarer Zukunft fossile Brennstoffe einen hohen Anteil am Energiemix haben. Ein großer Teil dieser Energieträger wird in Gasturbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie und von Vortrieb eingesetzt. Auch Biokraftstoffe kommen als Treibstoff in Frage. Daher haben bereits geringe Effizienzsteigerungen der Turbinen einen signifikanten Einfluss auf Wirtschaftlichkeit und CO2-Ausstoß. Die Steigerung des Wirkungsgrades der Turbinen ist daher wichtigstes, wenn auch nicht alleiniges Ziel der gegenwärtigen Entwicklung. Insbesondere gilt es neben Kohlendioxidemissionen auch die Entstehung anderer Schadstoffe, vor allem von Stickoxiden, zu vermeiden. Bei Kraftwerksturbinen konnten in den vergangen Jahrzehnten bereits erhebliche Fortschritte erzielt werden.70 Moderne Gas- und DampfturbinenKraftwerke erreichen elektrische Wirkungsgrade bis zu 60 Prozent. Dennoch kommt der Verbesserung der Komponenten- und Anlageneffizienz weiterhin hohe Bedeutung zu. Dazu müssen die bestehenden Technologien (Kühlung, Hochtemperaturmaterialien, Verbrennung, Aerodynamik usw.) weiterentwickelt, gleichzeitig aber auch innovative Ansätze wie neue Gasturbinenzyklen verfolgt werden. Zusätzlich entstehen durch die Einspeisung regenerativer Energien aus volatilen Quellen ins Netz höhere Anforderungen an die Lastwechsel- und Teillastflexibilität der Turbinen. Eine besondere Herausforderung stellt die Einführung von CO2-armen Kraftwerkstechnologien dar. Diese haben Auswirkungen auf die Brennstoffzusammensetzung (z. B. Wasserstoff) und das Arbeitsmedium der Turbinen. Die Erhöhung der Brennstoffflexibilität zum Einsatz weniger reiner oder biogener Brennstoffe ist ebenfalls ein aktuelles Forschungsthema. Bei Turbokompressoren sind die Anforderungen an CO2-arme Kraftwerkstechnologien ebenfalls für einen großen Teil des Innovationsbedarfs verantwortlich. Die Luftzerlegung, sowie Abscheidung, Transport und Verpressung von Kohlendioxid mit Hilfe von Kompressoren verursachen einen großen Teil des Wirkungsgradverlusts in diesen Kraftwerken (vgl. Kapitel 5.4). Dafür ist die Entwicklung größerer, effizienter Verdichter, die auf die speziellen Anforderungen der Prozesse und Gase abgestimmt sind, von großer Bedeutung. Weitere Themen wie die Verflüssigung von Biomasse (vgl. Kapitel 5.1.3), die in Zusammenhang mit neuen Energietechnologien stehen, werden ebenfalls an Relevanz gewinnen. Aber auch in den klassischen Ein140
69 International Energy Agency (2007). 70 Vgl. AG Turbo (o. J.); BMWi (2007b). 71 Anteil des Luftstroms in einem Zweistrom-Strahltriebwerk, der außen an der Turbine vorbeigeführt wird im Verhältnis zum Luftstrom, der durch die Brennkammer geführt wird.