19. Mär 2019

In einem neuartigen Verfahren werden am KIT dünne Bänder aus Rare-Earth Barium-Copper-Oxide zu Hochtemperatur-Supraleiterkabeln mit hoher Stromtragfähigkeit verarbeitet. Bild: ITEP, KIT

Der HTS CroCo ermöglicht einen energieeffizienten Energietransport für Zukunftstechnologien. Bild: ITEP, KIT

KIT: Energieeffizientes Supraleiterkabel ready für die Massenproduktion

(KIT) Am deutschen Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurde ein Supraleiterkabel entwickelt, das auf einfache Weise industriell gefertigt werden kann und bei moderater Kühlung elektrische Energie nahezu verlustfrei transportiert. Sind in der Regel Temperatur nahe minus 269 Grad Celsius notwendig, ist der neue Hochtemperatursupraleiter Cross Conductor schon bei minus 196 Grad Celsius einsatzbereit. Zudem braucht er weniger Platz und hat ein tieferes Gewicht als vergleichbare Produkte.


Supraleiter übertragen elektrischen Strom bei tiefen Temperaturen nahezu verlustfrei – das macht sie für eine ganze Reihe energiesparender Technologien attraktiv. Allerdings ist dafür in der Regel eine Kühlung mit flüssigem Helium auf eine Temperatur nahe minus 269 Grad Celsius notwendig. Ein neues Kabel aus dem KIT, der Hochtemperatursupraleiter Cross Conductor (HTS CroCo), ist schon bei minus 196 Grad Celsius einsatzbereit. „Das liegt an dem speziellen Material, das wir verarbeiten“, erklären Dr. Walter Fietz und Dr. Michael Wolf vom Institut für Technische Physik (ITEP) des KIT. Zum Einsatz kommt Rare-Earth Barium-Copper-Oxide (kurz REBCO), dessen supraleitende Eigenschaft schon seit 1987 bekannt ist. Allerdings kann dieser Supraleiter in langen Längen nur in Form dünner Bänder gefertigt werden. „Wir haben nun eine Methode entwickelt, bei der mehrere REBCO-Bänder kreuzförmig angeordnet werden. Dabei entsteht ein Kabel für sehr hohe Ströme“, sagt Fietz.

Weniger Platz und tieferes Gewicht
Die hohe Stromtragfähigkeit des HTS CroCos spart Platz und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln aus Kupfer- oder Aluminium. Auch die Herstellung des Kabels verläuft besonders effizient: In einem innovativen Fertigungsverfahren, das am KIT entwickelt wurde, werden mehrere Herstellungsschritte miteinander kombiniert. „Zurzeit erreichen wir in einer Demonstrator-Fertigung bereits eine Herstellungsgeschwindigkeit von einem Meter pro Minute“, erläutert Wolf. In einer entsprechend skalierten industriellen Fertigungsanlage wären Kabellängen von mehreren 100 Metern und mehr denkbar, was Kosten spart. Da die supraleitende Schicht, die den hohen Strom trägt, in den fertigen Kabeln nur wenige tausendstel Millimeter dick ist, halten sich auch die Materialkosten in Grenzen. „Einer Massenproduktion stehen bislang noch hohe Kosten für das aufwendige Herstellungsverfahren der Rebco-Bänder entgegen“, so Wolf, „aber augenblicklich werden vonseiten der Industrie neue Verfahren entwickelt, um diese günstiger zu machen.“

Stromautobahnen
Der CroCo eignet sich für die energiesparende Erzeugung starker Magnetfelder, aber auch zum Transport grosser Mengen elektrischer Energie. Damit liessen sich zukünftig beispielsweise grosse Windparks oder Solarkraftwerke in das Stromnetz integrieren und Stromautobahnen schlanker gestalten. Wird zur Kühlung des CroCo flüssiger Wasserstoff genutzt, können sogar chemische und elektrische Energie gemeinsam transportiert werden. „Prinzipiell lässt sich ein CroCo überall dort einsetzen, wo wenig Raum zur Verfügung steht, aber viel elektrische Energie transportiert werden soll“, sagt Fietz. Denkbar sei deshalb auch eine Anwendung in Schiffen und sogar in zukünftigen vollelektrischen Flugzeugen.

Text: Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)

1 Kommentare
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kimber @ 07. Apr 2019 14:09

Ich war selbst für einige Monate in einem Labor für Tieftemperaturphysik und Supraleitung und weiß, wie groß der Wunsch nach neuen Supraleitern mit höhrem Supraleittemperaturen ist, da genau dies ja auch das Hauptproblem ist, welches die alltägliche Nützung nicht möglich macht. Bei diesem neuen Kabel frage ich mich nur, wie es mit der Verbiegung ist und ab wann die inneren Dünnschichtsupraleiter "abbröckeln"

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