Iskolde superledere skal tempereres og give flere energibesparelser

Teknologi og Produktion

Forskningsprojekt 2

2018

Med finansiering fra Danmarks Frie Forskningsfond skal forskere fra Niels Bohr Instituttet udvikle en større forståelse af principperne bag højtemperatur superledning.

Højtemperatur superledning opstår, når metaller baseret på ledningselektroner fra jern og kobber køles ned til cirka minus 100 grader.

Ved den lave temperatur sker der noget med atomerne og elektronernes vekselvirkning i metallet, som giver superledende egenskaber. Elektronerne kan bevæge sig igennem metallet uden at blive bremset. Trods den lave temperatur kaldes det højtemperatur superledning.

Store energibesparelser

- Hvis vi forstår princippet bag højtemperatur superledning, kan det have kæmpe fordele i forhold til at skabe energibesparelser i fremtiden.

Det siger lektor på Niels Bohr Instituttet Brian Møller Andersen, som skal lede forskningsprojektet. 

Hos den danske virksomhed NKT, som er global udbyder af energikabler, ser man stort potentiale i forskningen. 

- Transport af mere elektrisk energi er en udfordring for elnettet, og vi ser superledende energikabler som en væsentlig komponent i et stærkere elnet. Vi ser et stort potentiale i forhold til at kommercialisere superledende kabelteknologi, og der vil gennembrud især på omkostningssiden have stor betydning, siger Dag Willén, som er seniorudviklingsingeniør inden for superledende energikabler i NKT. 

Udgangspunktet for at finde nye superledende materialer er en større forståelse af, hvad der giver superledning. Og det er netop den forståelse, forskerne håber at opnå med det nye forskningsprojekt. 

- Superledere kan lede strøm helt uden modstand. Så hvis vi kunne finde materialer med superledende egenskaber ved stuetemperatur, vil det give store energibesparelser, fordi vi ikke mister energi, når strømmen ledes, siger Brian Møller Andersen. 

Superledere bruges i dag i for eksempel højhastighedstog i Japan. Her bruger man de såkaldte konventionelle superledere, som man har en ret god forståelse af. Men de skal køles helt ned til minus 260 grader for at fungere.

 - Det betyder, at man skal have voldsomt store kølesystemer, som bruger meget energi. Energien ledes rigtigt nok uden modstand, men energibesparelsen forsvinder, fordi man bruger så meget energi på at køle de superledende materialer ned, siger Brian Møller Andersen.

Elektroner vekselvirker

En teori om princippet i højtemperatur superledning, som altså opstår ved bare minus cirka 100 grader, går på, at frastødningen mellem elektronerne i materialet er meget stor.

Det giver magnetisme, som måske er med til at give de superledende egenskaber. 

- Derfor arbejder vi med en teori om, at superledningen opstår i samspil med materialets magnetiske egenskaber, siger Brian Møller Andersen. 

Forskerne skal både lave teoretiske beregninger og egentlige fysiske eksperimenter. 

- Eksperimenterne foregår ved, at vi sender elektroner ned på overfladen af materialet og måler, hvad der sker i forskellige situationer. Man kan for eksempel påtrykke magnetfelter og se, hvordan superledningen ændrer sig, forklarer Brian Møller Andersen. 

Superledningen måler man ved at føre en lillebitte nål med en ledning ned til stoffet. Med den kan forskerne måle mængden af strøm og ud fra det sige noget om superledningen under forskellige påvirkninger.