Superconductivitat a la indústria elèctrica. Part 2. El futur dels superconductors

A primera vista, els materials nous, els superconductors, semblen avantatjosos per utilitzar gairebé tots els llocs on s’utilitzen camps magnètics i corrents elèctrics. Però és així?

Per navegar per moltes obres tècniques amb superconductors, cal tenir en compte que no hi ha cap superconductor. Es tracta dels metalls habituals coneguts per tothom, en condicions especials que presenten propietats inusuals.

L’alumini, per exemple, condueix bé el corrent elèctric a temperatura ambient, per tant es considera un dels millors conductors. El camp magnètic que hi ha es veu lleugerament millorat: aquests materials s’anomenen paramagnets. L’alumini transmet perfectament calor, cosa que significa que es pot considerar un conductor de calor.

Quan es refreda a temperatures extremadament baixes, les propietats d'alguns metalls canvien significativament. Per al mateix alumini, per exemple, a temperatures inferiors a 272 ºC, la resistència elèctrica desapareix i la conductivitat augmenta fins a l’infinit (superconductor). Però la conductivitat tèrmica del material es deteriora gairebé (aïllant a la calor). El camp magnètic està completament desplaçat de la mostra (diamagnet ideal). Però això no és suficient: és possible registrar les propietats quàntiques d’un material, que a temperatures ordinàries es manifesten indirectament.

Els metalls que demostren una combinació tan inesperada de qualitats se solen anomenar superconductors, però no s'ha d'oblidar de les limitacions d'aquest nom. La conductivitat tèrmica reduïda de nous materials és encara rarament utilitzada. El diamagnetisme dels superconductors ja s’aplica de manera intencionada. Les propietats quàntiques van constituir la base de l’acció de molts instruments de mesura ultra-precisos.

No obstant això, en l’etapa inicial del desenvolupament d’un nou fenomen, els interessos de la majoria dels investigadors se centren en l’ús de la conductivitat infinitament gran dels superconductors.

Els sistemes magnètics superconductors que es creen i s'utilitzen especialment amb èxit per a diversos propòsits. De fet, a través de conductors ordinaris, a causa d’una generació de calor excessiva, no es poden passar corrents massa altes. Un cop desapareguda la resistència elèctrica, les densitats de corrent poden augmentar-se considerablement. Els físics ho van aprofitar: al cap i a la fi, com més gran és el corrent, més fort serà el camp magnètic. Els superconductors poden crear electroimants extremadament forts. És per això que la direcció magnètica de la superconductivitat tècnica ha esdevingut decisiva durant molts anys!

No hi ha dubte que en les pròximes dècades, els equips rebran noves unitats amb característiques millorades. S’estan creant nous acceleradors, trens amb suspensió magnètica amb tracció electromagnètica, grans generadors amb rotor superconductor. Es creen models de tokamak cada cop més potents, és increïble que durant la vida de la nostra generació apareguin reactors termonuclears industrials que no es poden crear sense superconductors. D’aquí a uns anys, als edificis on hi ha grans consumidors d’electricitat, serà possible muntar enormes bobines toroïdals agilitzades per corrents, dissenyades per subministrar de forma autònoma electricitat a les instal·lacions locals.

És útil millorar les estructures d’enginyeria elèctrica i ampliar les seves capacitats tècniques. Però, potser més important, una altra tasca és eliminar les pèrdues per escalfament de conductors agilitats per corrents elèctrics. Per descomptat, no estem parlant de cablejat elèctric domèstic, n’hi ha prou amb utilitzar superconductors per a conductors de corrent de grans instal·lacions elèctriques.

L’absència de pèrdues en els cables afavoreix la creació de sistemes magnètics superconductors i equips crioelectrònics.Però tot i així, es construeixen nous electroimants per no reduir les pèrdues, sinó per crear camps magnètics abans no assolibles. I els dispositius basats en superconductors permeten obtenir una precisió de mesura extremadament alta, tot i que un augment en l’eficiència millora significativament el rendiment tècnic dels supermeters.

És extremadament beneficiós utilitzar superconductors específicament per reduir les pèrdues elèctriques. Aquesta línia de treball mereix el suport mundial. Per exemple, no calen cables superconductors perquè ja s’han exhaurit les capacitats de disseny de materials coneguts. Aquests dispositius lineals són atractius principalment perquè es poden utilitzar per eliminar pèrdues a les xarxes elèctriques. Si les línies elèctriques superconductores s’apliquen àmpliament, es pot aconseguir un estalvi enorme en els recursos de combustible.

Se sap que els combustibles orgànics (petroli, gas, carbó) s’estan esgotant, la seva producció és cada cop més difícil. Avui, l’energia se centra en la creació accelerada de centrals nuclears i plantes de calefacció nuclears, en el desenvolupament de la fusió termonuclear, en l’ús d’energia de radiació solar, la calor dels mars i oceans. Estacions dissenyades que funcionen amb l’energia de les marees i les ones.

Per a aquest propòsit, els superconductors serien idonis. Al cap i a la fi, les venes de nous cables, generadors, transformadors no seran escalfades per corrents elèctrics. Per primera vegada, les persones podrien excloure conscientment les pèrdues de Joule del saldo dels costos elèctrics. Es calcula que el rendiment superconductor de les grans centrals elèctriques portaria milers de milions de dòlars al país.

La millora de les característiques tècniques dels equips elèctrics, la reducció del consum de combustible, avui dia parcialment per compensar les pèrdues de conductors, no és tot. Els superconductors milloraran la situació ambiental del món. Al cap i a la fi, l’energia de tots els dispositius tècnics es converteix finalment en calor. La taxa de calefacció del planeta és alta, corresponen al ritme de desenvolupament industrial. La introducció generalitzada d’equips elèctrics superconductors reduiria l’entrada de calor a l’atmosfera, permetent, si no eliminar-la, almenys debilitar la contaminació tèrmica del planeta.

El problema de l'adopció generalitzada de superconductors en enginyeria elèctrica és complex i divers, però els resultats de l'ús de superconductors en instal·lacions físiques i industrials poden ser enormes.

La superconductivitat és un fenomen meravellós. Estudiant les propietats inusuals i impressionants dels superconductors, els físics penetren cada cop més en els secrets de l'estructura de la matèria. Els enginyers s’esforcen perquè els superconductors siguin la seva eina, per fer-los funcionar. La superfície de sobreconductors és la transferència de les seves propietats útils a objectes de nova tecnologia.

Mikhail Txernov