Rekordverdächtige Hochtemperatur-Supraleitungsdrähte: Ein großer Schritt in Richtung unserer Energiezukunft

BerlinWissenschaftler der Universität Buffalo haben das weltweit leistungsstärkste Hochtemperatur-Supraleiterkabel (HTS) aus seltenem Erd-Barium-Kupferoxid (REBCO) entwickelt. Dieses neue Kabel weist die höchste Stromdichte und Pinning-Kraft in allen Magnetfeldern und Temperaturen von 5 bis 77 Kelvin auf. Diese Fortschritte brechen nicht nur Rekorde, sondern bringen auch den kosteneffizienten Einsatz dieser Kabel in verschiedenen Industrien einen entscheidenden Schritt näher.

HTS-Drähte bieten zahlreiche Einsatzmöglichkeiten:

• Energieerzeugung mit besonderem Fokus auf die Verdopplung der Leistung aus Offshore-Windkraftanlagen
• Speichersysteme auf Basis supraleitender Magneten im Netzmaßstab
• Hocheffiziente supraleitende Transformatoren, Motoren und Fehlerstrombegrenzer für das Stromnetz

Kommerzielle Kernfusion: Der Hoffnungsträger für unerschöpfliche saubere Energie. Weltweit arbeiten etwa 20 Privatunternehmen an dieser Technologie und investieren intensiv in Hochtemperatur-Supraleiterdrähte.

In dieser Studie zeigten HTS-Drähte außergewöhnliche Leistungen. Bei 4,2 Kelvin konnten sie ohne Magnetfeld 190 Millionen Ampere pro Quadratzentimeter und mit einem 7-Tesla-Magnetfeld 90 Millionen Ampere pro Quadratzentimeter tragen. Bei 20 Kelvin, der Zieltemperatur für die kommerzielle Kernfusion, trugen die Drähte immer noch 150 Millionen Ampere pro Quadratzentimeter ohne Magnetfeld und 60 Millionen Ampere pro Quadratzentimeter mit einem 7-Tesla-Magnetfeld. Diese beeindruckenden Ergebnisse sind entscheidend für zukünftige Technologien.

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Die Drähte können magnetische Wirbel sehr stark halten, mit Kräften bis zu 6,4 Teranewton pro Kubikmeter. Dies verdeutlicht, dass signifikante Leistungssteigerungen möglich sind, was die Kosten von HTS-Drähten in kommerziellen Anwendungen senken könnte.

Der HTS-Draht wurde mit fortschrittlichen Verfahren hergestellt, darunter ionenstrahlunterstützte Abscheidung (IBAD) für MgO und die Erzeugung von nanokolumnaren Defekten durch Phasentrennung und Selbstorganisation. Dieses Verfahren fügt winzige nicht supraleitende Säulen in sehr geringen Abständen hinzu, was die Fähigkeit des Drahts verbessert, magnetische Wirbel zu fixieren und höhere elektrische Ströme zu führen.

Jüngste Fortschritte in der Leistung von HTS-Leitern bringen praktische Vorteile mit sich. Diese Verbesserungen könnten dazu beitragen, supraleitende Technologien kommerziell nutzbarer zu machen. Der Energiesektor könnte erheblich von diesen Entwicklungen profitieren, was zu effizienterer und zuverlässigerer Stromübertragung führen würde. Außerdem könnte der Fortschritt in der kommerziellen Kernfusion zu unbegrenzter, sauberer Energie führen, was diese Fortschritte noch bedeutsamer macht.

Die Fortschritte der University at Buffalo in HTS-Drähten stellen einen bedeutenden Schritt nach vorne dar. Diese Verbesserungen könnten die Supraleitertechnologie für die Energieerzeugung, -übertragung und -speicherung unverzichtbar machen. Diese Entwicklung könnte zu einer höheren Energieeffizienz und Nachhaltigkeit führen und Auswirkungen auf alles haben, von Stromnetzen bis hin zur kommerziellen Kernfusion.