Az elektromos áram továbbítása mostanáig nagymértékben a réztől függött, lévén a vörös színű fém a legjobb áramvezető. Csakhogy 2021 óta a rézkitermelés lassulni kezdett s a szakértők aggódni kezdtek a réz iránti jövőbeni kereslet kielégítésével kapcsolatban, amit főleg az elektromos autógyártás felfutása magyaráz. A fokozódó rézszükséglet miatt minden évben hat új rézbányát kellene nyitni 2050-ig, ami elég valószínűtlen. Emiatt nagy iramban kutatják, mivel lehetne helyettesíteni a rezet az áramkábelekben, s uniós kutatások ezt egy speciális kerámiában találták meg, ahogy erről a Horizon, az EU kutatási és innovációs magazinja számolt be.
Amikor egy anyagon elektromos áram folyik át, némi ellenállás keletkezik. A kenyérpirítóban lévő fűtőelem, az úgynevezett tekercs különösen nagy ellenállással rendelkezik az elektromossággal szemben.
Amikor az áram átfolyik a kenyérpirító tekercsén, a nagy ellenállás miatt az energia nagy része hővé alakul át. Ez az, ami a kenyeret pirító hőt termeli, ami ebben az esetben hasznos, de ugyanez az áramtovábbító hálózatok esetében veszteségnek számít.
Persze az elektromos hálózatokban az ellenállás lényegesen kisebb, mint a kenyérpirítókban, mégis jelentős. 2020-ban Európában az energia mintegy 16 százaléka veszett el a kontinensen belüli áramszállítás során.
A szupravezetők előnye
Vannak azonban olyan anyagok, amelyek költséghatékony hűtési megoldásokkal előállított alacsony hőmérsékleten képesek úgy vezetni az áramot, hogy az elektromos energiát nem veszítik el hő formájában. Ezek a szupravezetőkből készült kábelek. A szupravezetők olyan anyagok, amelyek alacsony hőmérsékleten elektromos ellenállás nélkül vezetik az áramot. A szupravezető technológia másik előnye, hogy sokkal kevésbé függ a réztől, mert ezekben az új kábelekben a vörös fémet csak korlátozott mértékben csupán az egyébként törékeny szupravezető szerkezeti alátámasztására használják. Az új technológia az energiaveszteségek és ezáltal az energiaszükséglet csökkentésének lehetőségét kínálja.
Az európai támogatással működő SUBRACABLE nevű projektet a szupravezetőket és szupravezető-technológián alapuló elektromos kábeleket gyártó dán SUBRA cég koordinálja. Speciális kerámiákkal kísérleteznek, melyek alacsony hőmérsékleten szupravezetővé válhatnak. Meglepőnek tűnik a kávéscsésze alapanyagának számító kerámia használata, de ha a merev anyagot néhány mikrométeresre vékonyítják, akkor hajlíthatóvá válik.
Az új anyagot kevésbé kell hűteni
A SUBRACABLE projektben a vállalat eddig a kerámiából készült szupravezető kábel kis – egy méternél rövidebb – prototípusait állította elő. Ráadásul azzal, hogy a jelenleg használt lapos szalagtechnológiáról át tudnak váltani egy kötegelt kábelre, reményeik szerint képesek lesznek leküzdeni a szupravezető kábelek költséghatékony gyártásának meglévő akadályait. A prototípus 99 százalékkal kevesebb rezet használ, és a hagyományos rézkábelekhez képest 90 százalékkal kevesebb energiaveszteséggel rendelkezik.
A SUBRA-kábel emellett a piacon lévő más szupravezetőkkel szemben kevesebb hőmérsékleti kihívással rendelkezik. A szupravezetőket általában rendkívül alacsony hőmérsékletre – akár mínusz 270 Celsius-fokra – kell hűteni ahhoz, hogy működjenek. A SUBRACABLE prototípusa azonban magas hőmérsékletű szupravezető, ami azt jelenti, hogy kevésbé kell lehűteni, „csupán” mínusz 196 Celsius-fokra, ám ezzel a hűtése körülbelül százszor olcsóbb, mint hagyományos, alacsony hőmérsékletű szupravezetőké.
A SUBRA reméli, hogy a következő évben elkészítheti a kábel 50 méteres tesztváltozatát, és 18 hónapon belül egy 400 méteres teljes demonstrációs kábelt is bemutat. A cég terve, hogy 2027-re egy teljesen működőképes gyárat hozzon létre a kábelek sorozatgyártására.
Olcsóbb lehet a szélenergia termelés is
Mivel a mai villamosenergia-átviteli sebesség megduplázására, vagy akár megháromszorozására lesz szükség, ha el akarunk távolodni a fosszilis tüzelőanyagoktól, az erőfeszítéseket tovább kell fokozni ebben az irányban. Egy másik uniós támogatással folyó kutatás a szupravezető kábelek alkalmazásának támogatását szolgálja. A 2027-ig tartó SCARLET nevű projekt kutatói két potenciális kábellel kapcsolatban végeznek modellezési munkát azzal a céllal, hogy 2026 elején megkezdhessék a prototípusok tesztelését. Az egyik kábel a SUBRACABLE-hoz hasonló magas hőmérsékletű vezető, míg a másik magnézium-diboridból készül – ez egy sötétszürke vegyület, amely magnézium és bór magas hőmérsékleten történő reakciójából keletkezik. A SCARLET koordinátora, a norvég SINTEF független kutatószervezet célja, hogy a kábelek a projekt után bárki számára gyártásra készen álljanak.
Ma a megújuló energiaforrások infrastruktúrájának kiépítési költségei elég magasak. Ennek csökkentése elengedhetetlen. A tengeri szélerőműparkokban például nagy platformok gyűjtik össze a turbinák által termelt összes elektromos energiát.
Ezután az áramot nagyfeszültségű kábelekben küldik a partra, ami természetesen nagy átalakító- és transzformátorállomásokat igényel a gyűjtőplatformon. Az emiatt nagyjából fél futballstadion méretű platformok ezért rengeteg berendezést tartalmaznak, így az áram partra való eljuttatásához szükséges AC/DC átalakítót. A szupravezető kábel e berendezések nagy részét szükségtelenné teszi.
Mivel a szupravezetők nem rendelkeznek ellenállással, óriási mennyiségű áramot tudnak szállítani, így a nagyfeszültségűvé alakítás költséges átalakítása érthető módon szükségtelenné válik. Így például egy gigawattnyi energiát termelő szélerőműparkban mintegy 10 000 tonna anyagot lehetne eltávolítani a platformról. Becslések szerint a szupravezető kábel használata egy szélerőműparkban mintegy 15 százalékkal csökkentheti a létesítési költségeket.
Az EU célja, hogy a 2022-es 23 százalékról 2030-ra legalább 42,5 százalékra növelje a megújuló energiák arányát a fogyasztáson belül. Ehhez nagy váltásra van szükség és mivel a réz használatának 50-100 éves hagyományán már csak a berögzült szokások miatt is nehéz változtatni, tényleg nagy előnybeli különbséget kell felmutatni. Az új szupravezető kerámiakábelek ezt ígérik.
