Минуло почти 100 лет с тех пор, как голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес обнаружил, что охлажденная с помощью жидкого гелия ртуть имеет практически нулевое электрическое сопротивление. И вот, наконец, начинает разворачиваться первая сверхпроводниковая национальная электросеть.

Сверхпроводники способны обеспечить в 10 раз большую мощность, чем обычные медные провода тех же размеров. Несмотря на некоторые потери и необходимость держать сверхпроводники в жидком азоте, они все равно эффективнее меди, которая теряет 7−10% передаваемой энергии в виде тепла. Поэтому данной технологии уделяют пристальное внимание такие страны, как Южная Корея, которая заинтересована в создании более надежных, эффективных и экологичных «умных сетей».

И вот, южнокорейская компания LS Cable, расположенная в городе Анян (неподалеку от Сеула), делает заказ на три миллиона метров «сверх-проводов» компании American Superconductor (Девенс, штат Массачусетс).

Сумма контракта не раскрывается, но управляющий директор по корпоративным коммуникациям American Superconductor Джейсон Фредетт (Jason Fredette) сообщает, что планируется проложить около 20 км сверхпроводящих сетей в рамках программы модернизации южно-корейской системы энергоснабжения. Начнут, что не удивительно, со столицы — Сеула.

Сверхпроводники на основе иттрий-барий-оксида меди (YBCO), на которые поступил заказ — часть семейства керамических высокотемпературных сверхпроводников, которые были впервые обнаружены в 1986 году. Они сохраняют сверхпроводимость при температурах до 93°К, то есть для их охлаждения можно использовать жидкий азот.

А вот металлические сверхпроводники, в отличие от керамических, должны охлаждаться до температуры ниже 30°К, что требует применения жидкого гелия. Поэтому металлические сверхпроводящие сети оказались бы неимоверно дорогими.

Сверхпроводники также теряют свои свойства, когда по ним протекает ток, превышающий некоторое критическое значение. Поэтому необходимо было найти материал, который будет работать при относительно высокой температуре и при этом передавать значительные токи. На данный момент, YBCO был признан наиболее многообещающим материалом.

Дэвид Кардуэлл (David Cardwell), профессор сверхпроводниковых технологий в Кембридже, говорит, что путь YBCO из лаборатории в промышленность занял почти 25 лет, ведь хрупкая керамика — это «именно то, из чего вы бы НЕ хотели делать провода».

Большинство предыдущих попыток вывода YBCO на рынок предполагало использование порошкообразного YBCO, заключенного в металлическую трубку. Но частицы такого порошка должны быть идеально ровными, чтобы материал не утратил сверхпроводимость. Процесс изготовления сверхпроводящих порошков YBCO — дорогой и трудоемкий. По словам Фредетта, American Superconductor ведет разработки (и небезуспешные) с целью снизить себестоимость этого процесса. После ряда успешных проектов, реализованных в США и в Европе, интерес к YBCO растет.

Сверхпроводники American Superconductor имеют сердечник из YBCO, для прочности покрытый медью, нержавеющей сталью или латунью. Рассеянные в объеме сверхпроводника наноточки оксида иттрия (Y2O3) стабилизируют ток и повышают несущую способность провода, помогая контролировать магнитное поле внутри и вне провода.

Замена части существующей электросети на сверхпроводниковую не так сложна, как может показаться. Медным кабелям, используемым в настоящее время, также требуется система охлаждения. «Вам просто понадобится холодильник помощнее», — говорит Энтони Каррингтон (Antony Carrington), профессор физики в Бристольском университете (Великобритания).

Фредетт объясняет: «Реальная разница заметна на электрической подстанции, где установлено насосное оборудование, поддерживающее циркуляцию жидкого азота в кабелях. Но снаружи на первый взгляд можно и не отличить сверхпроводящий кабель от обычного. Потребовалось много времени, чтобы предприятия энергоснабжения приняли идею сверхпроводниковых электросетей, потому они кажутся столь непохожими на привычные. Но на самом деле это не так».

Фредетт рассчитывает, что и другие страны в скором времени начнут применять YBCO-проводники. «Китай рассматривает проект собственной сверхпроводящей электросети, так что рынок наконец-то начинает развиваться», — говорит он. США также заинтересованы в использовании сверхпроводников для соединения трех своих крупнейших энергосистем. По оценкам специалистов, YBCO может быть использован для обновления электросетей во многих странах мира.

По сообщению Nature News