Strategische Entwicklung und Kommunikation
Bauteil eines Supraleiters

Supraleiter - Prof. Mathias Noe

  • Der elektrische Widerstand von Supraleitern fällt beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur auf null – in der Folge leiten sie Strom nahezu verlustfrei. Der KIT-Experte erforscht die Einsatzmöglichkeiten dieser Materialien.

Ohne Widerstand

Prof. Mathias Noe, ITEP

Für die Energieversorgung der Zukunft sind neue Betriebsmittel in intelligenten Übertragungs- und Verteilernetzen nötig. „Supraleiter bringen dafür sehr gute Eigenschaften mit“ sagt Professor Mathias Noe, Leiter des Instituts für Technische Physik (ITEP) am KIT. Die zentralen Forschungsgebiete des Instituts sind technische Anwendungen der Supraleitung, Fusionstechnologie und die Kryotechnik zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen.

Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur, der Sprungtemperatur, auf null fällt. In der Folge leiten diese Materialien Strom nahezu verlustfrei. Ein höherer Wirkungsgrad durch geringere Verluste und eine kompakte Bauweise machen Supraleiter für viele Anwendungen geeignet.

„Tieftemperatursupraleiter haben Sprungtemperaturen unterhalb 23 Kelvin, also minus 250 Grad Celsius“, erklärt Noe. „Sie müssen mit teuren Kälteanlagen gekühlt werden und sind daher Bestandteil in Spezialanwendungen der Medizin- und Forschungstechnik, beispielsweise in Magnet-Resonanz-Tomographen, Kernresonanz-Spektrometern oder in Beschleunigermagneten, etwa im Large Hadron Collider am CERN.“ Hochtemperatursupraleiter, also Materialien, die bei vergleichsweise hohen Sprungtemperaturen um 77 Kelvin – etwa minus 196 Grad Celsius – supraleitend werden, könnten Einsatz in der Energietechnik finden.

Hochtemperatursupraleiter sind zwar kostengünstiger in der Kühlung, allerdings haben sie einen Nachteil: Das keramische Material ist spröde und lässt sich schwer in flexiblen Kabeln verarbeiten. Daher arbeiten die Wissenschaftler an der Weiterentwicklung der Materialien und ihrer mechanischen Eigenschaften, unter anderem am Hochtemperatursupraleiter Yttrium-Barium-Kupferoxid. Kernaufgabe ist die Entwicklung von hochstromtauglichen, verlustarmen Leiterkonzepten im Labormaßstab: Für den Einsatz in der Energietechnik experimentieren die Forscher beispielsweise mit der Oberflächenstrukturierung von REBCO-Bandleitern, die aus einer Mischung aus Metallen der Seltenen Erden sowie Barium und Kupferoxid bestehen.

Künftig könnte der Einsatz von supraleitenden Betriebsmitteln die Effizienz vieler Anwendungen verbessern. „Zum Beispiel könnten Generatoren der Windkraftanlagen deutlich verkleinert und gleichzeitig energieeffizienter werden, supraleitende Kabel könnten die Leistung auf existierenden Trassen um das Drei- oder Vierfache erhöhen oder supraleitende Strombegrenzer unsere Netze sicherer machen“, sagt Noe. Darüber hinaus laufen bereits Studien und Arbeiten über Supraleitende Antriebe von Flugzeugen oder Supraleitende Magnetsspulen in Weltraumfahrzeugen. Bis diese zum Einsatz kommen, sei aber noch reichlich Forschungsarbeit zu leisten, so Noe.

sk

 

Die Abteilung Presse des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen Journalisten und Prof. Mathias Noe her.

 

Fotonachweis
Foto Supraleiter: Markus Breig, KIT
Foto Prof. Mathias Noe: Markus Breig, KIT