Elektrizität hat die Welt verändert: Supraleiter werden sie wieder verändern

Elektrizität hat die Welt verändert, indem sie viele Innovationen ermöglicht hat, wie z. B. neue Geräte und schnellere Kommunikation. Supraleiter könnten alles noch einmal revolutionieren: Wenn nur Physiker herausfinden könnten, wie sie praktisch gemacht werden können.

La Supraleitung

Es tritt auf, wenn ein Material aufhört, einem elektrischen Strom zu widerstehen. Mit anderen Worten, es ist reibungslose Elektrizität. Materialien, die diesen einfachen, widerstandsfreien Fluss ermöglichen, werden als Supraleiter bezeichnet.

5 % des in den am stärksten industrialisierten Ländern erzeugten Stroms werden bei der Übertragung und Verteilung verschwendet, was die Verbraucher jedes Jahr mehrere zehn Milliarden Euro kostet.

Elektrizität

Es entsteht, wenn Elektronen von einem Atom zum anderen fließen. Aktuell wird das tägliche Leben von Strom angetrieben, der viele Widerstände überwinden muss. Dieser Widerstand führt dazu, dass typische Leiter wie Kupferdrähte Energie verlieren, wenn sich ein Elektron bewegt. Diese Ineffizienz tritt in Form von freigesetzter Wärme auf.

Dieser Widerstand ist schuld, wenn Ihr Laptop überhitzt, Ihre Batterien leer sind und Ihre Glühbirnen durchbrennen.

Aber wenn wir Supraleiter verwenden würden (Materialien, die keine Energie verlieren, wenn sich Elektronen bewegen), würden alle unsere elektrischen Geräte (und ganze Stromnetze) eine ernsthafte Effizienzsteigerung erfahren.

Supraleiter, Wunder auf den Felsen

Supraleiter

Tatsächlich haben wir heute bereits Supraleiter. Die meisten von ihnen werden zur Stromversorgung von Körperscannern in Krankenhäusern wie MRTs verwendet.

Heutzutage hängt die Supraleitung davon ab, dass das Material auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wird, meistens bis zum Gefrieren. Aus offensichtlichen Gründen wäre dies für Mobiltelefone oder PCs sicherlich nicht praktikabel.

Heißes Zeug

Wenn wir das weit verbreitete kommerzielle Potenzial von Supraleitern erschließen wollen, müssen wir die Temperatur erhöhen. Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach Supraleitung bei Raumtemperatur.

Ende letzten Jahres haben sie es gefunden.

Im Oktober 2020 haben Wissenschaftler der University of Rochester angekündigt Supraleitung bei nur 10 ° C in einem Material aus Wasserstoff, Schwefel und Kohlenstoff erreicht zu haben.

Zuvor lag die höchste Temperatur für die Supraleitung 13 bei -2018 ° C.

"In 10, 15 Jahren werden wir wahrscheinlich eine andere Welt sehen."

In nur zwei Jahren ist die Wissenschaft von der Arbeit mit einer Unterkühlung zu einem schönen, milden Herbsttag übergegangen.

Ranga Dias, der Maschinenbauingenieur, der die Forschung leitete, glaubt, dass dies ein Wendepunkt war.

Dies kann die ganze Welt in Bezug auf Technologie wirklich auf den Kopf stellen. Aus diesem Grund geben so viele Forscher alle Anstrengungen, um dies zu verwirklichen. In 10, 15 Jahren werden wir wahrscheinlich eine andere Welt sehen.

Ranga Dias
Supraleiter
Ranga Dias, Universität von Rochester

Was fehlt zu tun?

Das Erreichen von Supraleitung bei Raumtemperatur ist ein gewaltiges Unterfangen, aber es gibt ein Problem, das fast so groß ist wie das Temperaturproblem.

Damit die Supraleiter bei so hohen Temperaturen arbeiten konnten, mussten Dias und sein Team viel Druck ausüben. Sie mussten das Material mit 267 Gigapascal zusammendrücken - mehr als das 2-Millionen-fache des atmosphärischen Drucks der Erde.

Supraleiter
Chris PickardCambridge

„Man hat schon immer von Supraleitung bei Raumtemperatur gesprochen“, sagt er Chris Pickard, Materialwissenschaftlerin an der University of Cambridge. „Sie haben vielleicht nicht sehr geschätzt, dass wir es unter so hohem Druck gemacht haben, als es passierte.“

Diese Hochdruckanforderung hält die Supraleiter vorerst noch bei Raumtemperatur im Labor.

Die Zukunft der Supraleiter

Nachdem das Temperaturproblem gelöst ist, suchen Wissenschaftler nach Supraleitern, die auch bei Umgebungsdruck arbeiten können.

Die Suche nach Supraleitern dieses Typs würde viele kommerzielle Möglichkeiten eröffnen, die im Moment nur als Traum erscheinen: Die MRT könnte leistungsfähiger werden und Ärzten helfen, Krankheiten früher zu diagnostizieren. Quantencomputer würden den Massenmarkt erreichen: Alle unsere elektrischen Geräte würden schneller und langlebiger.

Wissenschaftler verwenden Computerberechnungen, um ihre Forschung zu leiten. Diese Berechnungen helfen bei der Bestimmung der Struktur und der Eigenschaften des gesuchten Materials.

Paul Chu, Gründungsdirektor und Chefwissenschaftler des Texas Center for Supraconductivity an der University of Houston, glaubt an das enorme Potenzial dieser Technologie. Und er hat Recht.

Wenn wir die Supraleiter stabilisieren können, können wir die Welt verändern.