德國科學家研發新型 3D 打印燃料噴射系統 可兼容多種燃料

德國科學家研發的新型 3D 打印噴射系統，將使緊湊型燃氣輪機能夠清潔地燃燒多種燃料，包括氫氣、煤油、甲醇、天然氣及其他電子燃料。這種所謂的噴射噴嘴由斯圖加特大學航空工程燃燒技術研究所（IVLR）的博士後研究小組負責人 Fabian Hampp 及其團隊建造。該系統能夠處理不同的燃料，同時限制排放和生產成本。為了創造這種燃氣輪機噴射器，團隊採用了增材製造技術（或 3D 打印）。

技術轉化與原型測試

Hampp 表示，團隊計劃將這項經過實驗室測試的技術轉化為原型，並在現實環境中進行測試。他指出：「使用增材製造技術來建造燃氣輪機已不再罕見，然而，這對於噴射燃料進入燃燒室的最重要部件之一還不普遍。」

燃氣輪機可以作為快速響應的備用發電機（峯值電廠），在太陽能和風能發電下降時穩定電網。然而，降低其碳足跡可能需要用氫氣、甲醇或其他電子燃料替代天然氣。這是一項巨大的挑戰，因為氫氣、天然氣和相對粘稠的煤油行為非常不同。這些差異使得單一噴射器難以實現清潔燃燒所需的燃料與空氣混合。為瞭解決這一挑戰，團隊將飛機燃氣輪機中使用的噴射原理應用於新型噴射器。這項技術還能應對當燃料和空氣未充分混合時所形成的煙霧和氮氧化物排放。

克服金屬 3D 打印挑戰

因此，噴射系統需要創造非常細膩的燃料霧，並均勻地分佈於燃燒室內。Hampp 指出：「然而，我們噴嘴的特殊設計使得清潔燃燒多種燃料成為可能。」

根據研究人員的說法，使用增材製造技術製造小型噴射系統歷來是困難的，因為金屬 3D 打印無法創造出完全光滑的表面。在鐳射粉末牀熔融（LPBF）這一 3D 打印方法中，鐳射選擇性地熔化金屬粉末層以形成複雜的內部通道和腔體。粗糙的表面在精確的燃料須通過微小開口作為細霧時會造成問題。斯圖加特大學機械工具研究所主任 Hans-Christian Möhring 博士在一份聲明中表示：「問題在於這些打印結構的表面從未完全光滑。」

新的系統即便面對這些不完美也能正常工作。Möhring 解釋說，這表明團隊在實驗室中實現了非常清潔的燃燒。增材製造還可以降低生產成本。燃燒器和燃燒室已經廣泛使用這項技術生產，這意味著噴射系統可能會直接集成到這些元件中。該技術最終可能用於改造舊型燃氣輪機，讓現有設備能夠使用不同的能源。研究人員目前計劃優化增材製造過程和噴嘴幾何形狀，然後建造原型並在現實環境中進行不同燃料的測試。

新型噴射系統的應用前景

新型 3D 打印燃料噴射系統的研發，標誌著燃氣輪機技術的一大進步。隨著全球對可再生能源需求的增加，這項技術不僅能提高燃氣輪機的靈活性，還能有效降低碳排放。利用增材製造技術，這一系統能夠在不完美的表面條件下運作，顯示出其在實際應用中的潛力。此外，該技術的成功實施可能促進舊型燃氣輪機的升級，讓其能夠使用更環保的燃料，從而在能源轉型中發揮重要作用。