Superkabel bez oporu w Nowym Jorku

Wkrótce do 300 tys. mieszkań w Nowym Jorku prąd popłynie kablem zbudowanym z nadprzewodnika - donosi Dziennik. Kabel elektryczny opracowany przez firmę American Superconductor przypominać będzie termos, przez który popłynie ciekły azot.

Nadprzewodniki opuszczają laboratoria badawcze. Dzięki nim już za trzy lata do mieszkań w Nowym Jorku prąd popłynie bez oporu elektrycznego - donosi najnowszy "New Scientist". Tym samym 150 15-centymetrowych kabli zostanie zastąpionych przez jeden przewód tej samej grubości.

Zjawisko nadprzewodnictwa elektrycznego odkrył w 1911 r. holenderski naukowiec Heike Kamerlingh-Onnes. Badał on właściwości rtęci w bardzo niskich temperaturach. Ku jego zdumieniu przy minus 270 stopniach Celsjusza rtęć całkowicie traciła opór elektryczny. Dalsze badania pokazały, że tę własność mają także inne metale.

Odkrycie było o tyle istotne, że opór elektryczny jest największą zmorą, gdy przychodzi przesyłać prąd na duże odległości. Przez opór kable nagrzewają się i część energii elektrycznej jest bezpowrotnie tracona w postaci ciepła. Dlatego do przesyłania prądu na duże dystanse używa się bardzo wysokich napięć (ponad 200 tys. woltów).

Oczywiście gniazdka elektryczne w domach tego by nie wytrzymały, więc po drodze trzeba budować stacje transformatorowe, które zmniejszają napięcie prądu. Przewodnik niestawiający oporu elektrycznego pozwalałby pozbyć się stacji transformatorowych i jednocześnie zmniejszyć straty prądu w trakcie przesyłania. Po prostu marzenie elektryka.

Przez wiele lat zjawisko nadprzewodnictwa nie miało jednak szans na zastosowanie w praktyce. Metale traciły opór w temperaturach poniżej minus 240 st. C, a osiągnięcie i utrzymanie takich temperatur na skalę przemysłową nie miało sensu - chłodzenie kabli pochłaniałoby setki razy więcej energii w porównaniu z tym, co dałoby się zaoszczędzić.

Przełom nastąpił dwadzieścia lat temu, kiedy odkryto nadprzewodniki wysokotemperaturowe, których nie trzeba było już schładzać do temperatury minus 240 stopni C. Od tego czasu powstawały coraz to nowe związki chemiczne bijące kolejne rekordy temperatur. Obecnie palmę pierwszeństwa dzierży związek o wzorze (Hg0.8Tl0.2)Ba2Ca2Cu3O8.33, który w stan nadprzewodnictwa przechodzi już przy minus 135,15 st. C.

Substancje, których temperatury nadprzewodnictwa są wyższe niż minus 195 st. C, mogą znaleźć zastosowanie komercyjne, bowiem można je ochłodzić za pomocą ciekłego azotu uzyskanego choćby metodą skraplania powietrza. I właśnie taki nadprzewodnik zostanie wykorzystany w Nowym Jorku.

Kabel elektryczny opracowany przez firmę American Superconductor przypominać będzie termos, przez który popłynie ciekły azot. Na razie instalacja będzie miała charakter demonstracyjny, bo długość kabla nie przekroczy 600 m. Doprowadzi on prąd do 300 tys. mieszkań.

Jednak nie brak oporu elektrycznego będzie jego największą zaletą, połowę energii zaoszczędzonej przez nadprzewodnictwo pochłonie system chłodzący. Największym plusem kabla są rozmiary: przewód o średnicy 15 cm zastąpi wiązkę 150 kabli miedzianych po 15 cm grubości każdy.

W zatłoczonym Nowym Jorku, gdzie położenie kolejnego kabla elektrycznego nie wchodzi w rachubę, takie rozwiązanie jest idealne. Dzięki niemu w prosty sposób można zwiększyć zdolności przesyłowe sieci energetycznej - wystarczy wymienić kable.

Warto wspomnieć, że nadprzewodniki mają już inne zastosowanie komercyjne. Używa się ich w elektromagnesach umieszczonych w szpitalnych urządzeniach do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego - tak więc wielu ludzi zawdzięcza im życie. Instalacja w Nowym Jorku sprawia, że nadprzewodniki zyskają kolejne praktyczne zastosowanie.

A najciekawsze jest to, że do dziś nie wiadomo, skąd nadprzewodniki wysokotemperaturowe wzięły swoje niezwykłe właściwości. Jeszcze jeśli chodzi o zwykłe nadprzewodniki, istnieje w miarę spójna teoria tłumacząca ich właściwości, ale nie ma ona zastosowania do skomplikowanych związków chemicznych jak wspomniany (Hg0.8Tl0.2)Ba2Ca2Cu3O8.33. Jeśli komuś uda się wyjaśnić zjawisko tego rodzaju nadprzewodnictwa, Nagrodę Nobla ma jak w banku.

Autor: Marcin Bójko
źródło: Dziennik