Japanners ontwikkelen materiaal voor verliesloos energietransport

Onderzoekers van een Japans onderzoeksinstituut en de Tokio-universiteit zeggen een nieuw materiaal te hebben ontwikkeld dat elektrische impulsen zonder verlies zou kunnen geleiden. Het materiaal kan voor energietransport gebruikt worden.

Volgens schattingen die de onderzoekers aanhalen, zou de energie die verloren gaat bij transport van elektriciteit ruim tien procent van alle opgewekte elektriciteit bedragen. Wetenschappers van het Japanse RIKEN-onderzoeksinstituut, in samenwerking met onderzoekers van de universiteit van Tokio, zeggen een materiaal te hebben ontwikkeld dat energietransport zonder verlies mogelijk maakt. Het materiaal werd gedemonstreerd in 'proof of concept'-hardware, dat nog wel tot ver beneden nul graden Celsius gehouden moet worden.

In de toekomst zou het materiaal onder hogere temperaturen kunnen functioneren, maar vooralsnog vergen de gebruikte materialen zeer lage temperaturen. Het ontwikkelde materiaal bestaat uit halfgeleiders die bij lage temperaturen de kwantummechanische variant van het Hall-effect vertonen. Het Hall-effect zorgt voor verliesloos transport van elektrische energie, maar normaal zijn daar grote magneten met sterke magneetvelden voor nodig. Voor de kwantumvariant is een magneetveld dat intrinsiek is aan het gebruikte halfgeleidermateriaal voldoende om het Hall-effect te veroorzaken.

Wanneer de halfgeleiders ook zonder extreme koeling verliesloos elektriciteit kunnen transporteren, zou het materiaal in de toekomst ingezet kunnen worden om stroom te vervoeren van een energiecentrale naar verdeelstations.

Reacties (47)

[knoore]

Zelfs supergeleiding bij -150 graden is een mooie uitvinding, dan hoeven de NMR spectrometers en MRI scanners niet meer met helium, maar 'slechts' met vloeibare stikstof gekoeld te worden; dat scheelt nogal in operational costs en duurzaamheid

[Pmf1971]

er zijn begin jaren 90 al materialen ontdekt die gekoeld met droogijs al supergeleidend waren. EN zelfs materialen die bij kamertemperaturen supergeleidend waren. Echter hadden die materialen de eigenschap om hun supergeleiding te verliezen. Het begint dan in 1 kristal, maar die flipt zijn aangrenzende kristallen, etc etc totdat het hele stuk niet meer supergeleidend is.

Overigens is wat hier genoemd wordt GEEN supergeleiding! Bij supergeleiding kan een stroom electronen in een kring blijven stromen zonder dat er een spanningsbron is. Een supergeleidende stroomkring kan ook eigenlijk alleen maar gevoed worden door een magnetisch veld.

Wat men hier ontwikkeld heeft is een verliesloze manier van energietransport, die met normale spanningsbronnen gevoed kan worden.

[BadRespawn]

Overigens is wat hier genoemd wordt GEEN supergeleiding! Bij supergeleiding kan een stroom electronen in een kring blijven stromen zonder dat er een spanningsbron is.

Dat kan inderdaad, maar het is één vd toepassingen van supergeleiding, en is geen vereiste.

wiki omschrijft het zo:
"Superconductivity is a phenomenon of exactly zero electrical resistance and expulsion of magnetic fields occurring in certain materials when cooled below a characteristic critical temperature."

Geen woord over "in een kring blijven stromen".

Een vereiste is wel dat er nul elektrische weerstand is, wat ook het kenmerk is van deze Japanse uitvinding.

[Pmf1971]

Inderdaad, maar het gaat nu even over de praktische toepassing van energietransport. Supergeleiding heeft daarvoor te veel nadelen. Supergeleiding is wel nuttig voor bijv. MRI's dus het magnetisch veld wat ermee opgewekt kan worden.

Deze nieuwe tech is dus wèl nuttig voor eerdergenoemde toepassing.

Overigens, er wordt niet gerept over 0 elektrische weerstand. Hoe het werkt weet ik niet maar het zou kunnen zijn dat er wel elektrische weerstand is, maar dat genoemde effekten zorgen dat de resultante weerstand 0 is. En dat is toch iets anders dan supergeleiding.

Bovendien zijn halfgeleiders PER DEFINITIE geen supergeleiders.

[Reactie gewijzigd door Pmf1971 op 22 juli 2024 16:32]

[Durandal]

We hebben het dan ook niet over de halfgeleiders an sich, maar over het hele SYSTEEM, incl. het quantummechanische Hall effect.

[kimborntobewild]

Hoe het werkt weet ik niet maar het zou kunnen zijn dat er wel elektrische weerstand is, ...

Als er weerstand zou zijn, kan het verlies in energietransport nooit nul zijn.

[flamingworm]

geen weerstand = supergeleiding, of je dat nu in een kring plaats en voed met magneten of tussen een spanningsbron en een verbruiker maakt niets uit

[Aham brahmasmi]

Volgens mij is het niet zo simpel als jij het stelt. Het bronartikel schrijft:

The work by the RIKEN/UT collaboration is closely related at a landmark discovery from the 1980s, the so-called quantum Hall effect. That effect is known to produce dissipationless electricity channels, but it requires large, cumbersome magnets to produce fields 100,000 larger than the earth's magnetic field for its operation. The RIKEN/UT collaboration circumvented this difficulty by using an exotic type of semiconductor predicted to exhibit a similar effect. In contrast to the quantum Hall effect, this effect, known as the quantum anomalous Hall effect, stems from the semiconductor's own magnetization rather than from an external one. At the heart of this new phenomenon is the interaction between magnetic ions and the topological insulator's current carrying particles (known as Dirac fermions), the latter of which are unique because they behave as if they have zero mass.

Zonder externe magneetvelden dus. Het fysische mechanisme is anders dan supergeleiding dus ik zie geen reden om dat woord ervoor te gebruiken.

[Reactie gewijzigd door Aham brahmasmi op 22 juli 2024 16:32]

[Verwijderd]

Super geleiding bij -150 bestaat al minstens 15 jaar!!!

Vroeger altijd leuke supergeleiding experimenten laten zien aan aankomende studenten, en dat deden we dus gewoon met vloeibare stikstof.

De reden voor helium in MNR's zal meer een kwestie van signaal ruis verhouding zijn.

[Ramzzz]

Een soort 'warme' supergeleiding?

Afhankelijk van hoe 'goedkoop' dit te produceren is, zal zoiets wel al snel veel voordeel opleveren, zoals tot 0 reduceren van verliezen.

En aangezien weerstand veel verlies oplevert, een grote kans om zeer snel energieverbruik te beperken!

[jvd-nl]

Zeer snel? Ik denk dat het wel even duurt voordat het hoogspanningsnet in Nederland, laat staan de hele wereld, vervangen is.

[maarten12100]

Ook omdat je het niet mass kan produceren omdat het geen rauwe grondstof is wat koper wel is.
Die 10% in het artikel neemt ook de omvormingen mee of niet anders is het wel schrikbarend veel aangezien de weerstand van koper verwaarloosbaar is.

[svenk91]

De weerstand van koper is over lange afstanden zeker niet verwaarloosbaar. Bij de meer gevoelige apparatuur ook niet op de korte afstanden.

[Frankster]

Euhmm... Hoogspanningskabels zijn niet van koper, maar van aluminium hoor. Dit is een slechtere geleider dan koper, maar financieel weegt het verlies aan vermogen op tegen de duurdere kabelprijs.

[Glewellyn]

Vergeet ook vooral niet het verschil aan gewicht dat omhoog gehouden moet worden door de hoogspanningsmasten. Een aluminiumkabel is stukken lichter!

[WigaDan]

Plus dat de betreffende kabel nog hol is als ik mij niet vergis. Een eigenschap van hoogspanning met hoge stomen is dat de de geleiding niet door de kern van de kabel heen gaat maar meer richting de buitenkant (dus niet aan de buitenkant).

Ooit op school geleerd, Correct me if I am wrong.

[LooneyTunes]

Een eigenschap van hoogspanning met hoge stomen is dat de de geleiding niet door de kern van de kabel heen gaat maar meer richting de buitenkant (dus niet aan de buitenkant).

Da's met hoogfrequent, niet met hoge stromen/spanningen. Die 50 Hz is niet écht HF te noemen

[Verwijderd]

dat nog wel tot ver beneden nul graden Celcius gehouden moet worden.

Gewone supergeleiding dus. Niets nieuws lijkt mij.

[Aham brahmasmi]

[...]

Gewone supergeleiding dus. Niets nieuws lijkt mij.

Je hebt het artikel dus niet gelezen? Nergens rept het artikel over supergeleiding. Het artikel zegt:

Het ontwikkelde materiaal bestaat uit halfgeleiders die bij lage temperaturen de kwantummechanische variant van het Hall-effect vertonen.

[Reactie gewijzigd door Aham brahmasmi op 22 juli 2024 16:32]

[Durandal]

[...]
Je hebt het artikel dus niet gelezen? Nergens rept het artikel over supergeleiding. Het artikel zegt:

[...]

Supergeleiding is transport van een electrishe stroom zonder verlies. Dat is wat dit dus effectief is.

[Tukkertje-RaH]

Nee - dat is het niet.

De proof-of-concept hierboven gebruikt specifiek het Hall effect en dat is iets heel anders dan gewone geleiding van stroom en het optreden van supergeleiding bij lage temperaturen (door het optreden van Cooperparen).
Alhoewel het uiteindelijke effect wellicht hetzelfde is, zijn de onderliggende natuurkundige principes dat dus duidelijk niet!

Overigens, en dat moet ik je nageven, zijn de lage temperaturen waar in de OP over gesproken wordt, volgens de Japanners 'cryogenic', dus zeer dicht bij het absolute nulpunt.

Supergeleiding:
Supergeleiding (vroeger ook wel suprageleiding genoemd) is het verschijnsel dat de elektrische weerstand van sommige materialen beneden een bepaalde (meestal zeer lage) temperatuur opeens helemaal verdwijnt.

Hall Effect:
Het Hall-effect of Halleffect is een elektrische spanning die optreedt in de dwarsrichting van een stroomdrager als loodrecht op de stroom- en dwarsrichting een magnetisch veld aangelegd wordt.

bron: wikipedia

[Reactie gewijzigd door Tukkertje-RaH op 22 juli 2024 16:32]

[Verwijderd]

Nu is de vraag natuurlijk gelijk waarom het Hall effect bij lage temperaturen zich plotseling zo gedraagt... Wellicht simpelweg omdat het totale materiaal zich als supergeleider gedraagt?

In ieder geval is het voor de toepassingen nauwelijks relevant... Supergeleiders zijn er al twintig jaar, maar vanwege de koeling is het een groot probleem is grootschalig in te zetten. Een andere techniek, met hetzelfde koelings probleem zal daar geen verandering in brengen.

[Standeman]

Ligt er een beetje aan hoever je onder de nul graden Celsius moet gaan.. Met -100 is het al een vreselijke grote stap voorwaarts natuurlijk... Met -273 kan mijn moeder het bij wijze van spreken ook

[Nas T]

Zoiets ja. Helaas blijken er nogal wat haken en ogen aan de techniek, die nogal een boude bewering tot gevolg heeft. Waarom wordt er niet over het totaalplaatje gerept, wat ook de koeling meetelt en de energiekosten die benodigd zijn om de apparatuur te produceren? Want dat is de werkelijkheid en niet een deel ervan...

[T-men]

Het is een nieuwe techniek (cq. materiaal) natuurijk zitten er nog haken en ogen aan. Zo werkt dat nu eenmaal.
Het vinden van juiste verhoudingen e.d. zullen de techniek verbeteren, productie op grote schaal zal het goedkoper maken en plotsklaps denk je: waarom hebben we dit niet al atijd gehad.
Of, en dat kan ook, de onderzoekers zijn te optimistisch geweest en de techniek kan zijn belofte niet waar maken. Dan zul je er over een tijde nooit meer wat van horen.

Het is gewoon Darwin.

Wat ik me wel afvraag is waarom de term "supergeleiding" in het artikel zo bewust gemeden lijkt te worden. Het suggereerd dat dit materiaal anders is dan al de andere supergeleiders, maar wat dat verschil is, dat wordt niet uit de doeken gedaan.

[Verwijderd]

Afhankelijk van hoe 'goedkoop' dit te produceren is, zal zoiets wel al snel veel voordeel opleveren, zoals tot 0 reduceren van verliezen.

Maar hoge energie kosten om te koelen. Het artikel spreekt over 'hogere temparaturen' en 'zonder extreme koeling'. Dus de verliezen gaan wellicht omlaag maar ee koper adertje in plastic is dit dus niet.

[wica]

Dit is leuk voor chips, geen warmte verlies betekend een stuk minder koelen.

Als dit op normale temperatuur gaat werken, bespaard het wel meer dan die 10% die verloren gaat bij de transport.

[Ortep]

Ja, maar voordat je 'niet meer hoeft te koelen' moet je het wel eerst tot ver beneden nul afkoelen. Ik ben bang dat dat niet echt handig is op dit moment.
Het lijkt op: Mijn koelkast gebruikt nu helemaal geen energie meer. Op voorwaarde dat ik hem IN de vriezer zet

En over de verleizen: Bij lage spanningen zijn de verliezen in % wel hoog omdat er veel stroom loopt. Maar de vermogens zijn laag. Maar de echte verliezen zitten in het transport van Noorwegen naar Nederland of dat soort afstanden. Misschien maar 10%, maar dat zijn wel megawatts

[Reactie gewijzigd door Ortep op 22 juli 2024 16:32]

[jvd-nl]

Bij chips is het vooral de transistor die dmv weerstand en drempelspanning voor warmteontwikkeling zorgt. Het transport tussen de transistoren is een stuk minder relevant.

[SlasZ]

Is dit niet gewoon een soort van supergeleider? Die hebben toch ook die eigenschap? Of hebben deze materialen enkel de nul ohm eigenschap en geen andere?
En het feit dat ze enkel werken bij lage temperaturen zie ik weinig nieuwswaarde, tenzij de temperatuur hoger ligt dan voordien mogelijk.

[Reactie gewijzigd door SlasZ op 22 juli 2024 16:32]

[Bartske]

Het ontwikkelde materiaal bestaat uit halfgeleiders die bij lage temperaturen de kwantummechanische variant van het Hall-effect vertonen.

Geen supergeleider dus

[Verwijderd]

The devices produced by the RIKEN/UT team are a robust “proof of principle”,
demonstrating that this new type of dissipationless transport can be harnessed in
prototype transistors.
(...)
The active area of magnetic topological insulator (dark gray) is 3 microns
across and only 70 atoms thick.

Als ik dit lees is het eerder bruikbaar voor chips, of mis ik hier iets?

[maarten12100]

Nou voor de per mm aan circuit die in een chip lopen is echt geen ruimte of nut om dit er voor te gebruiken.
Het geen wat stroom/warmte produceert zijn de transistoren en deze geleider is er geen.

[Stoney3K]

Nou voor de per mm aan circuit die in een chip lopen is echt geen ruimte of nut om dit er voor te gebruiken.
Het geen wat stroom/warmte produceert zijn de transistoren en deze geleider is er geen.

Er ooit wel eens aan gedacht dat transistoren zelf ook deel van het circuit zijn?

Vooral de channel van een MOSFET is de grootste bron van warmteontwikkeling sinds die dingen nu eenmaal een weerstand hebben. Vooral als je er tientallen Ampères doorheen wil jagen is het handig om dat deel van je transistor zo min mogelijk weerstand (ideaalste geval, nul) te geven.

Een aan- en afvoerdraad kun je makkelijk van 20mm dik koper maken, een stuk chip waar 20 Ampère doorheen moet is wat lastiger zo lomp op te bouwen. Dus vooral de vermogenselektronica zal hier erg blij mee zijn.

[Cergorach]

Ik vraag me af dit onderzoek extra prioriteit heeft gekregen na de nucleaire ongelukken en de daaropvolgende sluitingen van nucleaire centrales. Stroom opwekking is momenteel een behoorlijk issue in Japan en 10% extra ivm. oplossen stroomverlies tijdens transport is zeker niet verkeerd. Natuurlijk zijn we daar nog lang niet.

Natuurlijk zal de productie van dit materiaal ook energie kosten, maar dat zou je kunnen doen op locaties waar stroom productie geen issue is (dus buiten Japan).

[teek2]

Geleiders verliezen al hun elektrische weerstand op het moment dat ze ver genoeg gekoeld worden. Wat is hier zo speciaal aan? Hoeft dit materiaal niet zo heel ver gekoeld te worden om supergeleidend te worden, in de toekomst? Zonder de temperatuur waarbij de weerstand 0 wordt te vermelden is dit niet echt nieuws.

[Reactie gewijzigd door teek2 op 22 juli 2024 16:32]

[Verwijderd]

Ik denk dat ze al een gigantische spring zoude maken als ze dit concept in de hoogspanningstransformatoren zouden kunnen implementeren, daar treed het meeste energieverlies op, ook zouden ze deze dan veel kleiner kunnen maken ..,

[Jaco69]

Het kwantum Hall effect zal iets anders zijn dan het Hall effect. Het Hall effect zorgt niet voor verliesloze geleiding maar voor een magnetisch veld bij stromen zodat elektro motoren en generatoren kunnen werken.

[qlum]

Om een technologie zoals dit te gebruiken voor energie transport lijkt me zeer onwaarschijnlijk de belangrijkste reden hier voor is dat het gewoonweg te duur er voor zal zijn, natuurlijk is 10% netverlies veel maar waarschijnlijk zal dit materiaal te duur zijn op grote schaal om het rendabel te maken.