După apariția unor articole, în 2021, despre încetinirea producției de cupru și îngrijorările privind capacitatea de a satisface cererea viitoare în legătură cu acest metal, dr. Anders Wulff a devenit preocupat.
Ca inginer, Wulff a înțeles mai bine decât majoritatea oamenilor că generația actuală de rețele electrice din Europa și nu numai nu va putea funcționa fără cupru. Acest metal roșiatic este conductorul din cablurile electrice și, în lipsa lui, energia nu ar putea fi transmisă pe distanțe lungi.
Un cablu din ceramică
Wulff este implicat într-un proiect de inovare, care a primit finanțare din partea UE, pentru dezvoltarea unui cablu realizat dintr-un material foarte diferit: ceramica.
„Practic, este același material pe care îl folosim pentru ceștile de cafea sau farfurii”, spune Wulff, care este și director general al SUBRA, un producător danez de supraconductori. „Ceașca mea de cafea este rigidă, dar dacă îi subțiez pereții până la câțiva micrometri, pot începe să o îndoi”.
SUBRA face cabluri electrice pe baza tehnologiei supraconductorilor și accelerează această activitate în cadrul noului proiect finanțat de UE, denumit SUBRACABLE, care se va întinde pe doi ani, până în august 2025.
Supraconductorii sunt materiale care, la temperaturi scăzute, conduc electricitatea fără nicio rezistență electrică. Un tip special de ceramică este unul dintre numeroasele materiale care pot deveni supraconductoare la temperaturi scăzute.
Un avantaj al tehnologiei supraconductorilor este dependența mult mai scăzută de cupru, care este utilizat în aceste noi cabluri doar într-o mică măsură, pentru a oferi susținere structurală supraconductorului casant.
Economii ca bonus
Un alt avantaj esențial este că, din cauza lipsei de rezistență electrică, supraconductorii irosesc mult mai puțină energie.
Pentru a înțelege cum, nu trebuie decât să ne gândim la principiul de bază al unui curent electric și la exemplul unui prăjitor de pâine.
Atunci când trece un curent electric printr-un material, există o anumită rezistență. Într-un prăjitor de pâine, elementul de încălzire, denumit bobină, are o rezistență deosebit de mare la electricitate.
Atunci când electricitatea trece prin bobina prăjitorului de pâine, o mare parte din energie este transformată în căldură ca urmare a rezistenței ridicate. Așa este generată căldura care prăjește pâinea.
Deși rezistența din rețelele electrice este considerabil mai mică decât cea din prăjitoare, aceasta este, totuși, semnificativă. În 2020, circa 16% din energia din Europa s-a risipit în timpul transferului electricității pe întregul continent.
În schimb, la temperaturi scăzute generate utilizând soluții de răcire eficiente din punctul de vedere al costurilor, cablurile supraconductoare pot conduce electricitatea fără a pierde energie electrică în favoarea căldurii. Acest lucru oferă perspectiva reducerii pierderilor de energie și, prin extensie, a cererii de energie.
Reducerea risipei de energie ar ajuta lumea să limiteze gazele cu efect de seră care accelerează schimbările climatice, pe lângă urgența de a construi o rețea electrică mai mare și mai eficientă.
„Va trebui să dublăm sau să triplăm rata de transmitere a energiei electrice din prezent, dacă vrem să realizăm tranziția de la combustibilii fosili”, spune Wulff.
Un prototip promițător
În cadrul proiectului SUBRACABLE, compania a produs până acum prototipuri mici – cu o lungime de sub un metru – de cablu supraconductor inovator fabricat cu ceramică.
Făcând saltul de la tehnologia actuală a cablurilor de tip platbandă la o opțiune cu cabluri înmănuncheate, compania speră să poată depăși obstacolele existente în calea producției scalabile și eficiente din punctul de vedere al costurilor de cabluri supraconductoare.
Prototipul folosește cu 99% mai puțin cupru, iar pierderea de energie este redusă cu 90% comparativ cu cablurile de cupru convenționale.
Mai mult, cablul SUBRA are un avantaj față de alți supraconductori de pe piață: cerințe de temperatură mai mici.
De obicei, supraconductorii trebuie răciți la temperaturi extrem de scăzute pentru a funcționa – până la minus 270 de grade Celsius.
Prototipul SUBRACABLE este un supraconductor la temperatură înaltă, ceea ce înseamnă că are o nevoie de răcire mai mică. Temperatura necesară este de circa minus 196 grade Celsius, fiind de 100 de ori mai ieftin de răcit decât supraconductorii la temperatură scăzută.
„Sfântul Graal al societății umane ar fi să putem sări peste partea cu răcirea”, afirmă Wulff. „Ne-am apropiat foarte mult de acest lucru, însă avem nevoie în continuare de răcire”.
SUBRA speră să producă o versiune de testare de 50 de metri a cablului în anul următor și un cablu demonstrativ complet de 400 de metri în decurs de 18 luni.
Potrivit lui Wulff, compania își propune să înființeze o fabrică nouă complet operațională pentru producția de cabluri în masă până în 2027.
Cursa pentru sursele regenerabile de energie
Folosirea cablurilor supraconductoare pentru accelerarea tranziției către o energie nepoluantă este obiectivul unui alt proiect finanțat de UE. Denumit SCARLET, acesta se întinde pe patru ani și jumătate, până în februarie 2027.
Cercetătorii desfășoară activități de modelare în legătură cu două cabluri potențiale, obiectivul fiind de a începe testările pe prototipuri la începutul lui 2026.
Un cablu este un conductor la temperatură înaltă similar cu SUBRACABLE, iar celălalt este fabricat din diborură de magneziu, un compus gri-închis rezultat dintr-o reacție între magneziu și bor la temperaturi înalte.
„Ideea este ca, după proiect, cablurile să fie pregătite pentru producție pentru oricine dorește să le cumpere”, spune dr. Niklas Magnusson, inginer la organizația de cercetare independentă SINTEF din Norvegia și coordonator al proiectului SCARLET.
Scăderi de costuri
Cercetătorii caută să reducă costurile cu crearea infrastructurii pentru sursele regenerabile de energie.
De exemplu, în parcurile eoliene offshore, o serie de platforme mari colectează toată energia electrică generată de turbine. Platformele sunt cât aproximativ jumătate de stadion de fotbal și conțin numeroase echipamente, cum ar fi un convertor c.a.-c.c pentru livrarea electricității către țărm.
Un cablu supraconductor face ca o bună parte din aceste echipamente să nu mai fie necesare. De obicei, electricitatea este trimisă către țărm prin cabluri de înaltă tensiune, care necesită stații mari de conversie și transformare pe platforma colectoare.
Întrucât supraconductorii nu au nicio rezistență, aceștia pot transporta curenți înalți, nemaifiind necesară transformarea costisitoare în tensiune înaltă.
Așadar, de exemplu, într-un parc eolian care produce un gigawatt de energie, ar putea fi eliminate circa 10.000 de tone de materiale de pe platformă, potrivit lui Magnusson.
Acesta estimează că utilizarea cablurilor supraconductoare la un parc eolian poate reduce costurile instalării cu circa 15%.
Astfel de economii ar putea fi cruciale, având în vedere că UE are ca obiectiv creșterea cotei energiei din surse regenerabile până la cel puțin 42,5% din consum în 2030, de la 23% în 2022.
Trăgând linie, câștigurile sunt cu atât mai importante cu cât un mare obstacol de pe piață pentru cablurile supraconductoare este obișnuința, ca urmare a zecilor de ani în care industria energetică s-a bazat pe cupru, potrivit lui Magnusson.
„Dacă se dorește schimbarea unei tehnologii care funcționează deja de 50-100 de ani, trebuie să existe un beneficiu mare”, spune acesta.
Articol scris de Jack McGovan
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE, inclusiv, în cazul SUBRACABLE, prin Consiliul European pentru Inovare (CEI). Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Mai multe informații
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.