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Innovation

Ende der Eiszeit für Supraleiter

Die Stromsparwunder, die einst für Furore und dann für Tristesse sorgten, werden marktreif.

Ende der Eiszeit für Supraleiter Ende der Eiszeit für Supraleiter
energlobe.de, Maud Radtke

Mitten in der Wüste von New Mexico wird das Stromnetz der Zukunft erprobt. Das jedenfalls plant Bill Richardson, Gouverneur des Bundesstaates und früher US-Energieminister unter dem demokratischen Präsidenten Bill Clinton. Sein Projekt hat er Tres Amigas getauft, zu Deutsch: drei Freundinnen. Unter diesem Titel will Richardson drei separate US-Stromnetze nahe der Grenze zu Texas miteinander verbinden. Dabei kommt auf einer Streckenlänge von zehn Kilometern aller Voraussicht nach der leistungsfähigste Kabeltyp der Welt zum Einsatz: ein Hochtemperatur-Supraleiter (HTS).

Tres Amigas taugt für das Guinness Buch der Rekorde: Bislang liegt die weltweite Bestmarke bei 600 Metern. So lang ist das HTS-Stromkabel, das unter den Straßen von Long Island bei New York verlegt ist und mit Hilfe von flüssigem Stickstoff permanent auf minus 196 Grad Celsius gekühlt wird. Bei dieser Temperatur besitzt HTS quasi keinen elektrischen Widerstand mehr und kann 300 mal so viel Strom transportieren wie Kupfer.

Stickstoff statt Helium

Die Stromleitung in Long Insland gehört zu den technischen Anwendungen eines Phänomens, das bei seiner Entdeckung 1986 für viel Furore sorgte; danach geriet es aber fast in Vergessenheit, weil es die hochgesteckten Erwartungen nicht sofort erfüllte. Dabei galt HTS damals als revolutionär. Denn die Kühlung mit Stickstoff ist einfach und billig – im Vergleich zu den bereits 1911 entdeckten klassischen Supraleitern, die nur nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt funktionieren und dazu in teures und nur begrenzt vorhandenes Flüssighelium getaucht werden müssen.

Heute erzielt die Branche zwar weltweit einen Umsatz von rund fünf Milliarden Euro – aber zum größten Teil mit klassischen Supraleitern, die zum Beispiel in Kernspin-Tomographen und in Magneten zum Einsatz kommen. Aber HTS, zunächst nur in Nischen wie der Weltraumforschung verwendet, ist zumindest nicht mehr Lichtjahre entfernt von den Visionen seiner Pioniere.

So beschworen Wissenschaftler im März 1987 auf der Jahrestagung der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft eine Zukunft, in der mit Hilfe von HTS zum Beispiel Strom unendlich lange gespeichert werden kann. Das Happening im New Yorker Hilton Hotel ging als „Woodstock der Physik“ in die Geschichte ein. Und noch nicht einmal ein Jahr nach ihrer HTS-Entdeckung wurden der Deutsche Georg Bednorz und der Schweizer Alexander Müller 1987 mit dem Nobelpreis für Physik geehrt.

Biegsam statt brüchig

Hochtemperatur-Supraleiter sind komplexe, keramische Metalloxidverbindungen. Seit der Entdeckung basteln Ingenieure daran, diese brüchigen Keramiken in flexible, biegsame Kabel zu integrieren. Am weitesten verbreitet ist ein Verfahren, das Fachleute „Powder In Tube“ (PIT) nennen: HTS-Pulver wird in ein Silberrohr gefüllt und danach zu Kabeln gewalzt. Weil es auf Silber basiert, ist das PIT-Verfahren allerdings teuer und kaum für Massenmärkte geeignet.

Inzwischen entwickeln Forscher bereits eine zweite Generation von HTS-Kabeln: Sie dampfen eine dünne Schicht des keramischen Supraleiters auf biegsame, kostengünstige Stahlfolien auf. Dank dieser Innovation, und durch Produktionsoptimierung, könnten die Herstellungskosten für HTS-Kabel „im kommenden Jahrzehnt um 80 Prozent sinken“, prognostiziert Werner Prusseit, ehrenamtlicher Chef des deutschen Industrieverbandes Supraleiter: „Dann wäre HTS nur noch so teuer wie normales Kupfer.“

Prusseit ist im Hauptberuf Geschäftsführer der Firma Theva Dünnschichttechnik in Ismaning bei München. Er hat 1995 über HTS promoviert und ist dem Thema treu geblieben. Neben Hoffnungsschimmern hat er immer wieder Phasen tiefer Ernüchterung erlebt. Doch jetzt sagt er: „In unserer Branche macht sich vorsichtiger Optimismus breit“.

Das hängt mit der Entwicklung in Industriestaaten zusammen; dort stehen Erneuerbare Energien und Energieeffizienz inzwischen überall hoch im Kurs. HTS ist für beide Trends ein ideales Vehikel – dank seiner niedrigen Verluste und hohen Stromtransportkapazität.

Energieverluste halbieren

Ein gutes Beispiel für Energieeffizienz sind stromsparende HTS-Induktionsheizungen, die man zunehmend in der Aluminium- und Kupferverarbeitung nutzt. Dabei wird etwa ein Aluminiumblock in einer Spule aus HTS-Draht gedreht. Im Magnetfeld dieser Spule erhitzt sich das rotierende Aluminium in nur 45 Sekunden auf 600 Grad – und kann danach weiterverarbeitet werden.

Der Einsatz keramischer Supraleiter beschert sowohl Windmühlen als auch konventionellen Kraftwerken klare Vorteile. HTS-Komponenten in Generatoren ermöglichen eine wesentlich kompaktere, leichtere Bauweise und können Energieverluste glatt halbieren. „Gerade bei großen Leistungen und langen Laufzeiten ergeben sich deutliche Einsparungen, durch die sich die HTS-Inves-titionen in kurzer Zeit amortisieren lassen“, erläutert Prusseit.

Zudem reagieren HTS-Kabel ungemein flexibel auf unregelmäßig eingespeisten Wind- oder Solarstrom. Nicht zuletzt emittieren sie auch keinen Elektrosmog wie konventionelle Freileitungen oder Erdkabel – was die Akzeptanz in der Bevölkerung beim Stromnetzausbau erhöhen dürfte.

All diese Vorzüge haben das Energieunternehmen RWE veranlasst, den Bau einer zwei Kilometer langen, unterirdischen HTS-Leitung in der Nähe seines Stammsitzes in Essen ernsthaft zu prüfen. Das stimmt Prusseit hoffnungsfroh: „Wenn RWE dieses Projekt verwirklicht, hätte das Signalwirkung für die gesamte Branche.“

Weitere Informationen:

Homepage des Deutschen Verbandes für Supraleiter

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014