Onderzoekers maken supergeleiding flexibeler

Wetenschappers van de universiteit van Californië hebben een theorie ontwikkeld die stelt dat een supergeleidende kabel niet over zijn volledige lengte supergekoeld hoeft te worden: het koelen van delen van de kabel zou voldoende zijn.

Supergeleidende kabels bieden geen weerstand aan de beweging van elektronen, waardoor de elektrische weerstand van de kabels nul wordt. De conventionele werkwijze om supergeleiding te realiseren is het koelen van de gehele kabel tot enkele graden boven het absolute nulpunt.

De Californische onderzoekers stellen echter dat het gedeeltelijk koelen van de kabel voldoende is. Volgens de theorie zou het koelen van de kabel op een dergelijke 'intervalbasis' al supergeleiding mogelijk maken: mits de kabel zeer schoon is, zorgt de elektronenstroom ervoor dat de temperatuur over de volledige lengte van de kabel onder de kritische temperatuur blijft.

Als voorbeeld gebruiken de Californiërs een materiaal met een kritische temperatuur van -193 graden Celsius. Wanneer dergelijk materiaal op sommige punten tot -253 graden wordt gekoeld, kan de rest van de kabel ongekoeld blijven. Er zijn minder supergekoelde punten nodig naarmate deze sterker gekoeld worden.

Het koelen van stukjes kabel tot nabij 0 Kelvin blijft overigens nog allesbehalve eenvoudig, reden voor de onderzoekers om hun eigen bevindingen niet te zeer te bejubelen.

Reacties (52)

[robvanwijk]

Wat ik in het artikel mis (zowel hier op T.net als in de gelinkte bron) is informatie over hoe lang de "tussenstukken" mogen zijn; hebben we het over een paar centimeter of is vele meters te doen? Oftewel: zegt deze theorie dat je kabels op elke hoogspanningsmast kunt koelen en dan meteen de stukken tussen de masten supergeleidend maakt, of werkt het niet op die schaal?
Hoewel de huidige hoogspanningskabels sowieso niet van supergeleidend materiaal zijn gemaakt en de huidige masten waarschijnlijk niet stevig genoeg zijn om de apparatuur voor het dusdanig koelen te dragen lijkt het me een interessant concept. Het is in elk geval haalbaarder dan de hele kabel koelen.
Nog beter: een materiaal dat gewoon bij kamertemperatuur supergeleidend is, maar of we dat ook gaan vinden...?

[Verwijderd]

Hoezo is dit een interessante technologie voor hoogspanningskabels? Die dingen hebben niet voor niets zo'n hoge spanning. Daardoor is hun verbruik minimaal.
I^2*R. aangezien de I relatief klein is, is het verbruik ook nihiel.
Het koelen van zelfs alleen stukken op de mast zou al meer energie verbuiken.

[kluyze]

Als bij hoogspannings kabels supergeleiders kunnen gebruikt worden dan treed er daar geen verlies op. Dan is die hoge spanning niet nodig en kan men misschien eindelijk afstappen van die smerige wisselspanning. Die er eigenlijk voornamelijk nog is omdat die met weinig verlies makkelijk op zo een hoge spanning te transformeren is.

Het is namelijk niet alleen het vermogen verlies dat vervelend is, maar ook de enorme spanningsval die bij lange kabels kan optreden.

[imqqmi]

Wissel hoogspanning wordt volgens mij gebruikt omdat grote gelijk gerichte stromen een magnetische werking krijgen en de aders naar elkaar toe worden getrokken. Aders moeten dan onhandelbaar dik worden om niet te heet te worden bij grote stromen. Zulke hoeveelheden koper is ook vrij kostbaar (leuk voor koperdieven!) .

Kijk maar eens naar een 230V -> 12V trafo, de primaire wikkeling heeft meestal dunnere draden dan de secundaire wikkeling.

Plus komt van de meeste generators wisselspanning omdat het makkelijk is om mechanische energie om te zetten naar elektrische energie. (hittebron -> stoom -> druk -> draai beweging -> dynamo -> elektriciteit). Draaiende magneten produceren doorgaans sinusvormige spanning/stroom in de spoel.

Maar ik ben het eens dat super cooling meer energie kost dan de verliezen bij het transformeren naar hoogspanning. Als de baseline temperatuur al -193 graden C is en op sommige punten 0 graden K moet zijn...

[Bartjezz]

Waarom er wisselstroom wordt gebruikt? Dat is heel gemakkelijk, omdat er uit je stopcontact ook wisselstroom komt.
Waarom een 12V kant van een trafo dikkere draden heeft dan de 230V kant, dat is omdat het opgenomen vermogen aan beide kanten gelijk is. 1A bij 230V = bijna 20A bij 12V.
Daarom wordt de energie over hoogspanningsmasten ook met 400KV (400.000V) vervoerd, daardoor krijg je een kleinere stroom, dus minder weerstand, dus minder warmte/verlies.

[NBK]

Supergeleiding is nodig om de groene stroom van grote windmolenparken naar de afnemers te krijgen. Hierbij moet je gewoon grote afstanden afleggen omdat bijna niemand een windmolen in z'n tuin wil hebben. Het zelfde zal in de toekomst gaan gelden voor kernfusie centrales omdat dat (nog lang) niet op kleine schaal kan worden opgewekt.
Bij fossiele brandstoffen is er een veel makkelijkere oplossing om van het transportverlies af te komen en dat is door te gaan werken met lokale opwekking van elektriciteit.
Dit wordt in nederland al veel toegepast door bijv. kwekerijen die een TE/WKK installatie hebben en hiermee stroom opwekken. Veel van deze stroom bereikt het hoogspanningsnet niet eens en komt niet verder dan het 10kV net.
De restwarmte wordt weer gebruikt om de kassen warm te houden waardoor het energie verlies heel laag is. De vrijgekomen CO2 wordt opgenomen door de planten. (Dat deze planten na verloop van tijd weer in de biobak verdwijnen of worden opgegeten en dan voor een groot deel weer worden omgezet in methaan en CO2 is dan wel weer jammer...)
Ook worden in woonwijken of grote bedrijfsterreinen kleine gascentrales gebouwd (zelfde princiepe als TE/WKK) waarbij de restwarmte word gebruik voor de verwarming van de huizen en bedrijfspanden. De warmte vraag is hier echter een stuk minder constant en dus zal de restwarmte in grote hoeveelheden opgeslagen moeten worden (meestal in waterdragende lagen in de grond) en dat verlaagd het rendement en verhoogd de kosten. De CO2 uitstoot wordt helemaal niet gecompenseerd (net zoals bij een traditionele gas/kolen centrale)
Ook op heel lokale basis wordt dit principe nu toegepast. Kijk maar naar de toepassign van HRe ketels. Dit is ook een kleine gasmoter die stroom opwekt. De restwarmte wordt gebruikt voor warm water en verwarming in huis. De elektriciteit gaat terug naar het net. De CO2 uitstoot wordt ook weer niet gecompenseerd. Wel zijn dit soort systemen weer goed te koppelen met zonnecollectoren op het dak en de daarbij behorende warmtebuffer(s).
Groot nadeel is dat een groot deel van de kosten bij de eindgebruikers terrecht komt en die zijn vaak niet zo capitaal krachtig als de beursgenoteerde energiebedrijven.
Ook doen de energiebedrijven steeds moeilijker met het terugleveren van stroom naar het net. Vroeger draaide de meter achteruit, tegenwoordig wordt opgenomen en teruggeleverde stroom apart geregestreerd en krijg je nog maar iets van 4 cnt per geleverde kWh. (de gem. inkoopprijs van stroom voor de leveranciers) Opzich is dit ook wel logisch maar dit maakt de terugverdientijd wel een stuk minder aantrekkelijk. (tegen de tijd dat het systeem is 'terugverdiend' moet het worden vervangen)

[cdwave]

Hierbij moet je gewoon grote afstanden afleggen omdat bijna niemand een windmolen in z'n tuin wil hebben.

O ja, en een kolencentrale staat op elke straathoek. Tuurlijk.

Ik denk niet dat 'groene stroom' er iets mee te maken heeft.

[High-Voltage2]

Hoezo is dit een interessante technologie voor hoogspanningskabels? Die dingen hebben niet voor niets zo'n hoge spanning. Daardoor is hun verbruik minimaal.
I^2*R. aangezien de I relatief klein is, is het verbruik ook nihiel.
Het koelen van zelfs alleen stukken op de mast zou al meer energie verbuiken.

Het is veel complexer dan even simpel I²*R. Oké, dat is een grote verliespost, maar je hebt ook nog dingen als corrona effect en andere verschijnselen waardoor de energie letterlijk van de hoogspanningskabel straalt. Niet te vergeten dat een belaste hoogspanningslijn zich zwaar inductief gedraagt en een onbelaste hoogspanningslijn zeer capacitief.
Er zijn verschillende redenen om AC te gebruiken, maar voornamelijk omdat de vonken zelfdovend zijn (vermogen schakelaars die inbranden enz). Tegenwoordig is het perfect mogelijk om op DC de vermogen conversie te doen zonder significante verliezen. Uiteraard zal een zware trafo nog altijd een beter rendement halen. Veel motoren worden nog altijd rechtstreeks (dus geen freq drive) op AC aangesloten zodat de vraag naar AC nog altijd bestaande is.
Een HVDC koppelnet zou een beter rendement hebben dan AC koppelnet. Het probleem stelt zich echter in de vermogenschakelaars en beveiligingen.

[JoJo_nl]

wisselspanning is gewoon gemakkelijker te genereren. om dat nu om te gaan zetten naar gelijkspanning en dan weer terug geeft een groter verlies dan het gewoon zo laten als het is en op te voeren naar een hoge spanning. buiten dat is gelijkspanning iets meer dodelijker dan wisselspanning. klinkt allemaal heel interessant wat je zegt, maar het is iets simpeler dan die complexiteit. buiten dat is gelijkspanning iets meer dodelijker dan wisselspanning.

[robvanwijk]

wisselspanning is gewoon gemakkelijker te genereren.

Voor één centrale: zou best kunnen, dat weet ik niet. Maar er hangen een heleboel centrales aan het hoogspanningsnet en die moeten allemaal exact in fase draaien (de sinus-vorm van alle centrales moet exact "over elkaar heen" vallen), om te voorkomen dat de electriciteit die de ene centrale opwekt "uitdoofd" tegen de electriciteit die door een andere centrale wordt opgewekt. Met gelijkstroom ben je in elk geval van dit probleem af.

buiten dat is gelijkspanning iets meer dodelijker dan wisselspanning.

Oh ja? Dat heb ik nog nooit gehoord. Niet dat het in dit geval heel veel uitmaakt, bij de spanningen waar we het hier over hebben (van een paar kV tot een paar honderd kV) krijg je toch wel een stroom die groot genoeg is om je het loodje te laten leggen.

Zou het misschien niet gewoon zo kunnen zijn dat, los van of AC of DC nou beter is, het gewoon niet haalbaar is om over te schakelen van het ene systeem op het andere? Ik denk niet dat de krantenkop "Komende week in heel Europa geen electriciteit; overschakeling scheelt 2% CO2 uitstoot" voor <understatement>heel veel enthousiasme</understatement> zal zorgen.

[PcDealer]

Maar je hebt wel degelijk verlies over de afstanden die de hoogspanningskabels moeten afleggen. Dus zeer zeker een interessante vraag.

[Verwijderd]

Het verbruik van een hoogspanningskabel is niet nihil. I mag dan wel klein zijn, maar R is enorm (relatief dunne kabels van kilometers lang). Er is vaak tot 10% vermogensverlies.
Als dit een toepassing zou kunnen vinden in hoogspanningskabels, zou dat een geweldige ontwikkeling zijn.

[emilionl]

op je eerste vraag over tussenstukken, lijkt me
zo veel cm's dat de tussenstukken niet boven de -193 komt.
ik denk dat het verschil hooguit cm's kan zijn. aangezien de omgevingstemperatuur ook meespeelt bij de intervallen.

[Durandal]

Voor zover ik supergeleiding begrijp is dat bij supergeleiding de electronen als een treintje door de geleider gaan en zo niet of nauwelijks weerstand ondervinden. Zonder supergeleiding gaan ze kriskras door de geleiding en 'botsen' ze op de atomen die ze tegenkomen.

Ik kan me voorstellen dat zo'n treintje nog een stukje door kan razen op stukken die niet laag geneog gekoeld zijn.

[Verwijderd]

Supergeleiding wil alleen zeggen dat de bandgap tussen de valentieband en de conductieband voor elektronen 0 is, waardoor elektronen makkelijk van de valentieband naar de conductieband springen, die normaal gesproken hoger in energie ligt.

Het is een vrij technisch verhaal, maar het heeft niets met treintjes of botsende elektronen op atomen te maken. Voor de grotere atomen zijn elektronen net kleine steentjes, tenzij je natuurlijk atomen met enorme hoeveelheden gaat bombarderen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 22:49]

[Aham brahmasmi]

Het lijkt er eerder op dat de coherente elektronenstroom die in het supergekoelde gedeelte begint een koelende werking heeft en de temperatuur van de niet gekoelde gedeelten onder de kritische waarde houdt (waardoor supergeleiding in stand wordt gehouden).

[MrSnowflake]

Is dit niet gewoon een logisch gevolg van de hitte geleiding van metalen? Als ik een kabel heb en verwarm/koel een deel van die kabel, dan verwarmd/koelt het niet expliciet verwarmde/gekoelde deel toch ook?! Lijkt mij niet meer als normaal dat dit ook bij lage temperaturen geldt.

[Xanaroth]

Dat klopt, maar het gaat juist om de benodigde temperatuur.

Ze stellen dus dat de temperatuur niet over de gehele kabel 0 Kelvin hoeft te zijn om toch supergeleidend te zijn; ze stellen dat dus delen van de kabel 80K mogen zijn en toch de prestaties en eigenschappen van supergeleidend houd.

Gevolg is dus, door de geleiding van temperatuur, dat je niet langer de volledige kabel hoeft te koelen.

[Verwijderd]

Er staat nergens in het artikel dat de kabel boven de kritische temperatuur mag komen... Slechts dat het supergeleidend blijft als je delen verder koelt, en andere delen. En dat suggereert wel degelijk dat de gehele kabels onder de kritische temperatuur blijft, omdat de koeling via geleidbaarheid wordt doorgegeven naar de rest van de kabel.

[Aham brahmasmi]

Slechts dat het supergeleidend blijft als je delen verder koelt, en andere delen. En dat suggereert wel degelijk dat de gehele kabels onder de kritische temperatuur blijft, omdat de koeling via geleidbaarheid wordt doorgegeven naar de rest van de kabel.

Bedoel je thermische of elektrische geleidbaarheid?
Volgens het artikel gaat het om elektrische geleidbaarheid, wat niemand op lijkt te pikken:

"mits de kabel zeer schoon is, zorgt de elektronenstroom ervoor dat de temperatuur over de volledige lengte van de kabel onder de kritische temperatuur blijft."

[MaxMadu]

Dat lijkt een beetje op spronggewijze impulsoverdracht in het menselijk zenuwstelsel, met myelinisering en de insnoeringen van Ranvier.. Zou er eenzelfde soort principe achter liggen?

[dalus]

Nee je zenuwstelsel is elektro chemisch. Waarbij het chemische gedeelte zorgt voor de spronggewijze overdracht.

[jacobvdm]

Niet echt, maar ik betwijfel inderdaad niet dat ze het op NGC zo zouden uitleggen aan leken (ik vrees dat impulsoverdracht iets te hoog gegrepen is voor Discovery Channel).

[WeeJeWel]

Er was toch al een supergeleider uitgevonden bij kamertemperatuur?

[robvanwijk]

Niet dat ik weet. Als jij het kent, publiceer maar. Zeker als je kunt verklaren hoe het werkt kun je meteen een ticket naar Stockholm boeken.

[Verwijderd]

Zou het verhogen van de druk niet een oplossing kunnen zijn?

Ik zou niet weten of dit daadwerkelijk werkt, heb hier niet heel veel verstand van.

[Thomas M]

Nee, want als de temperatuur boven de kritische temperatuur is, is de stof al in een kritische toestand, druk heeft daar in theorie geen invloed op. Het gaat erom dat de stoffen in zo'n kabel stil (genoeg) zitten zodat elektronen geen gat moet oversteken om van het ene atoom naar het andere te gaan.

Isolators(het tegenovergestelde van geleiders) hebben een heel groot gat om over te steken, en halfgeleiders(ook niet onbekend in de computerwereld) hebben een gat dat met een beetje moeite over te steken is door elektronen.

Ik denk dat het afkoelen bij bepaalde plekken werkt omdat supergeleiders niet alleen goed stroom geleiden, maar ook warmte, of in dit geval het gebrek daaraan. Daardoor verspreid de kou zich door dat wat supergeleidend is. Als iets supergeleidend is het enige wat dan iets uitmaakt zijn in hoeverre je 1 punt of gebied kunt afkoelen zodat de rest ook onder de kritische temperatuur komt. Hoe verder dat kan hoe groter de afstand is die tussen twee koelpunten ligt. Voorbeeldje: met vloeibare helium koel je veel verder tot aan het absolute nulpunt af dan vloeibare stikstof, dus kunnen de koelpunten bij "heliumkoeling" verder uit elkaar liggen dan bij "stikstofkoeling".

Een praktische toepassing waar ik recent over gelezen heb is het koelen van draden in windmolens, daardoor worden ze veel lichter(stroomdraad schijnt nogal zwaar te zijn) , en kunnen de masten dus langer worden.

[kwinvdv]

Volgens mij is deze theorie ook niet zo ingewikkeld, want om een kabel vorm zijn supergeleidende eigenschap te laten behouden, moet het medium overal onder een bepaalde temperatuur blijven, omdat zoals Thomas M zegt de afstand tussen de atomen onder een bepaalde waarde moeten zijn voordat de elektronen moeiteloos kunnen over springen. Maar dit is denk ik relatief makkelijk te bepalen aan de hand van de warmte geleidingscoëfficiënt van het materiaal dat je gebruikt, zodat je kan bepalen hoe de temperatuur verspreid word door het bepaalde plekken te koelen, zodat nergens in het materiaal te temperatuur boven dat punt zal komen.

[robvanwijk]

Ik denk dat het afkoelen bij bepaalde plekken werkt omdat supergeleiders niet alleen goed stroom geleiden, maar ook warmte, of in dit geval het gebrek daaraan. Daardoor verspreid de kou zich door dat wat supergeleidend is

Dat klinkt eerlijk gezegd te eenvoudig om waar te zijn; alleen al omdat iemand de moeite neemt om hier een publicatie aan te wijden neem ik aan daar staat dus NIET weet ik zeker dat er hier meer aan de hand moet zijn.

[Plasma_Wolf]

Waarschijnlijk niet. Waarop wil je meer druk plaatsen dan? Op de kabel? Dat zal geen effect hebben. Als je meer druk legt op een vaste stof gebeurt er niets mee (misschien neemt het volume een heel klein beetje af, maar daar blijft het bij).

[sjaakwortel]

sterker nog, ook het volume zal niet afnemen. als je dat lukt kun je ook een ticket naar stockholm boeken

[Yakotb]

Wat dacht je van zwarte gaten?

[Verwijderd]

Jij denkt waarschijnlijk aan dit verband:

p.V/T = cte

maar dan heb je twee foutjes:
1) Dat verband geld enkel voor ideale gassen en dus niet voor vaste geleiders.
2) Zelfs als dat hier zou gelden, zou de druk moeten dalen om te temperatuur te laten afnemen (bij cte volume)

[JoJo_nl]

2 ) de druk zou tot een negatief vacuum moeten worden teruggebracht, dit is onmogelijk..

[DiLDoG]

Of misschien insmeren met pindakaas?

Ik heb er ook niet zo heel veel verstand van maar wil wel graag iets slims zeggen

[Bartjezz]

Stroop glijdt makkelijker...
Maar ff serieus, misschien is er een andere manier om energie door een metaal achtige stof te jagen... Volgens mij is zilver nog een betere geleider dan koper...

[Verwijderd]

Het verschil in geleidbaarheid tussen zilver en koper is nog geen 10%. Dat zet dus geen zoden aan de dijk.

Sowieso kun je dan beter je koper kabels 10% dikker maken. Levert dezelfde reductie in weerstand, maar is veel goedkoper. Verder is silver conctructief gezien ook een waardeloos materiaal. Zelfs voor sierraden moet je al andere materialen bijmengen, omdat het anders te zacht is.

[JoJo_nl]

klopt maar puur zilver en een kabel van 1 kilometer... ik voorzie nog meer economische crisis dan
buiten dat doet het weinig aan supergeleiding daar het niet echt gekoeld wil worden tot die temperatuur.

[Verwijderd]

Een superglijder is misschien iets voor een andere markt

[Mitsuko]

Ze zijn er wel dichtbij: superconductors.org (helaas ligt de website op het moment plat)

[hiostu]

www.superconductors.org werkt wel

[Verwijderd]

misschien in de war met: nieuws: Twentse onderzoekers meten elektronenspin in silicium bij kamertemperatuur

[Upquark]

Op http://en.wikipedia.org/w...erature_superconductivity staat dat 135 K (-138°C) op dit moment de hoogste temperatuur is van een bepaalde stof die dan supergeleidend wordt.

[gangkill13]

Bij een draad dat niet supergeleidend is kunnen de moleculen vrij bewegen waardoor de elektronen niet zonder weerstand door het draad heen kunnen bewegen(meer waarstand = meer warmte + meer energie verlies) , zodra het draad onder een bepaalde temperatuur komt dan kunnen de moleculen niet meer vrij bewegen en hebben de elektronen geen weerstand.

vergelijk het maat met een snelweg waarbij alle auto's rijden en je moet naar de overkant of je moet over een weg steken met stilstaande auto's, dat laatste kost geen moeite.

[Verwijderd]

een jaar of tien geleden was men al zover dat supergeleiding bij ergens rond minus 45 graden kon worden bereikt.
Wellicht dat we dit nog tot wat hogere temperaturen kunnen optrekken met als resultaat een zonnepaneel array op zonnige plekken (ja, helaas haalden we hier ook de olie vandaan....) die hun energie via supergeleiding transporteren naar de afnemers.
Wég oliecrisis en milieuvervuiling.
E.e.a. is politiek zeer kwetsbaar maar als we menselijke verschillen, commercie en oorlogen kunnen uitbannen, is techniek geen issue.....

[Polbeer91]

een jaar of tien geleden was men al zover dat supergeleiding bij ergens rond minus 45 graden kon worden bereikt.

Bron?

[Verwijderd]

Dit is toch hetzelde idee als centrale verwarming? De stroom van warm water verwarmt ook de buis die niet direct door de vlam word verwarmt.
Is eerder logica dan wetenschap (jaja ik weet het, wetenschap is vaak logica )

[Kabouterplop01]

Ik probeer me voor te stellen waarom men nou met idieeele kortsluiting stroom wil transporteren. (Want dit heeft met stroom en niet met spanning te maken)Voor een hoopspanningskabel natuurlijk uit den boze, deze zou dan erg dik moeten worden... Het totale vermogen wordt denk ik behoorlijk hoog . De trafo's zouden ontploffen. Over het algemeen gebruiken we weerstanden juist om alle circuits te beveiligen tegen te hoge stroom.... (Als ik het zou weten dan zou ik waarschijnlijk een kaartje Stockholm krijgen )

[Aham brahmasmi]

Toepassingsvoorbeeld van supergeleidende kabels:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:CERN-cables-p1030764.jpg

Doet me denken aan het verschil tussen koperkabels en glasvezel voor datatransport.

[Verwijderd]

Maar welke temperatuur heeft de kabel dan? Als je een metaal op één plek koelt, dan is ie een stukje verderop ook nog koud... Simpelweg omdat de warmte weerstand naar de lucht veel groter is dan die in het metaal. Lucht isoleert, en dus kun je een heel stuk metaal koud krijgen, door 'm op een klein plekje te koelen.

Als de supergeleider in het niet gekoelde deel onder -193 blijft, dan is er niets nieuws onder de zon. Dat is dan kennis die wel al een paar duizend jaar hebben. Als die supergeleider veel warmer dan dat is, dan is het wel bijzonder... Maar dan zou het in Science verschijnen, en niet in new scientist!