Supergeleiders voor de energie van de toekomst - Hightechkabels blijven koel dankzij vacuüm

Supergeleiders voor de energie van de toekomst - Hightechkabels blijven koel dankzij vacuüm

Supergekoelde supergeleiders maken het voor stroom mogelijk om te stromen zonder weerstand. Energieverlies tijdens transport wordt geminimaliseerd. Vacuüm helpt bij het genereren en behouden van de vereiste koeling.
3_Supraleiter.jpg

Kou elimineert weerstand

"Waar stroom stroomt, is er weerstand". De Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes verwierp deze stelling van de elektrische wetenschappen in 1911, toen hij het fenomeen supergeleiding ontdekte. Want volgens de regels van de kwantumfysica verliezen sommige materialen hun elektrische weerstand als ze afgekoeld worden tot zeer lage temperaturen. Elektriciteit kan dus stromen zonder energieverlies. Het transportverlies in het Europese stroomnet bedraagt ongeveer zes procent. Weerstandsvrij elektriciteitstransport kan derhalve het aantal benodigde krachtcentrales verminderen. Echte supergeleidende kabels zijn echter een vrij complexe hightechconstructie.

Vacuüm beschermt tegen hitte

Supergeleiderkabels hebben weinig gemeen met conventionele stroomkabels: ze bestaan uit verschillende lagen, zoals een tuinslang met verschillende diameters die in elkaar geplaatst zijn. De lagen bevatten supergeleidende strips gemaakt van een keramisch materiaal. De overgangstemperatuur van dergelijke materialen – of het punt waarop het materiaal supergeleidende eigenschappen aanneemt – ligt tussen minus 130 en minus 180 graden Celsius. Deze temperaturen worden in de context van de fysica van supergeleiders als hoog beschouwd; keramiek wordt aangeduid als hoge temperatuur supergeleider.

Maar in vergelijking met de omgevingstemperatuur is extreme kou nog steeds nodig. Daarom wordt de kabelbundel gekoeld met cryogeen gekoelde vloeibare stikstof. Dit stroomt voortdurend door de holle ruimte die de supergeleidende laag omringt. De kabel heeft ook een coating om hem te beschermen tegen externe temperatuurinvloeden, als twee muren met een vacuüm ertussen – isolatie volgens hetzelfde principe als een thermosfles.

In het AmpaCity-proefproject loopt één dergelijke kabel door een kilometer van het stadscentrum van Essen tussen twee transformatorstations. De kabel heeft de praktische test doorstaan tijdens een proefperiode van twee jaar. Behalve voor het evacueren van de isolerende vacuümmantel, gebruikt dit project ook vacuümtechnologie voor het koelen van de stikstof. In de koelunit worden vacuümpompen gebruikt om het gas op een temperatuur te houden die aanzienlijk lager is dan het kookpunt van min 196 graden Celsius.

Meer efficiëntie en medische technologie

Ondanks hun complexe gelaagde constructie zijn supergeleiders aanzienlijk dunner dan vergelijkbare koperkabels: ze hebben dezelfde diameter maar kunnen vijf keer meer elektriciteit transporteren. Ze weerstaan ook veel sterkere stroom dan conventionele kabels. Daarom zijn deskundigen ervan overtuigd dat de nieuwe kabeltechnologie niet alleen een energiezuinigere oplossing zal zijn voor het transport van elektriciteit, maar ook meer ruimte zal besparen – een essentieel onderdeel voor het stedelijke project in Essen. Supergeleiderkabels zouden het elektriciteitstransport van de stroomkabels buiten de stadsgrenzen kunnen overnemen en een aantal substations overbodig kunnen maken.

Supergeleiders kunnen ook transformatoren, generatoren en motoren efficiënter maken. Als ze de koperkabels vervangen, worden kleinere en lichtere modellen mogelijk. Lichtgewicht maar toch krachtige elektrische motoren zouden zelfs interessant zijn voor motoren in vliegtuigen. Sommige vliegtuigfabrikanten overwegen al dergelijke concepten.

Overigens hebben supergeleiders zich al lang geleden bewezen in onderzoeksfaciliteiten en medische technologie. Zo zijn bijvoorbeeld deeltjesversnellers uitgerust met supergeleidende magnetische spoelen. Dit soort magneten wordt ook gebruikt in medische diagnostiek. Dankzij de supergeleidbaarheid genereert magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) extreem krachtige magnetische velden die het lichaam "verlichten" zonder blootstelling aan straling. Vacuümtechnologie helpt ook bij afkoeling en isolatie bij dergelijke toepassingen.

Busch levert wereldwijd vacuümsystemen voor het koelen en isoleren van supergeleidende kabels en magnetische spoelen.

Zeer nauwkeurige diagnose met MRI

Magnetische resonantiebeeldvorming (MRI, soms ook kernspintomografie genaamd) is een integraal onderdeel van de medische diagnostiek geworden. Het zorgt voor beelden van het lichaam met veel details die niet op een röntgenbeeld kunnen worden gezien. Met een MRI kan een getraind oog ook letsels aan spieren, ligamenten, pezen, bloedvaten en zelfs zenuwen identificeren. Dit geeft artsen cruciale informatie voor chirurgische procedures of voor de behandeling van tumoren.

De beelden worden geproduceerd met behulp van extreem sterke magnetische velden en radiogolven, waardoor de waterstofkernen in het lichaamsweefsel kunnen bewegen. Deze beweging, de nucleaire spin, creëert elektromagnetische golven. Deze worden geregistreerd door de MRI-scanner en met behulp van data-analyse vertaald in beelden met hoog contrast van de structuren van het lichaam. In tegenstelling tot röntgenstralen, die voornamelijk botten kunnen tonen, tonen beelden van MRI-scanners ook de weke delen van het lichaam met een hoge detailresolutie. Omdat de scanner de meting in millimeters dunne lagen uitvoert, kunnen deze beelden ook worden samengesteld om 3D-beelden te maken. Het magnetische veld dat nodig is voor het beeldproces is, afhankelijk van de toepassing, 20.000 tot 100.000 keer sterker dan dat van de aarde. Dit soort veldintensiteiten kan alleen worden gecreëerd en behouden met supergeleidende magnetische spoelen.


Abonneer u op de "World of Vacuum"-nieuwsbrief!
Abonneer u nu en blijf up-to-date met het laatste fascinerende nieuws op het gebied van vacuüm.

ABONNEREN

Wilt u meer weten?
We geven u graag meer informatie. Contact Busch Nederland:
+31 (0)348 46 23 00 Neem contact met ons op