Supergeleiders bieden nieuwe kansen voor energietransport

Supergeleiding is een fenomeen waarbij materialen hun elektrische weerstand bijna tot nul reduceren wanneer ze onder een bepaalde kritische temperatuur worden gekoeld. Dit maakt het mogelijk om elektrische stromen te transporteren zonder verlies van energie en zonder enige vorm van warmteontwikkeling. Supergeleidende materialen worden daarom gezien als zeer veelbelovende materialen voor toepassingen in de energietechniek.

In dit artikel zullen we de verschillende soorten supergeleidende materialen bespreken en hun eigenschappen, evenals de huidige en toekomstige toepassingen van supergeleiding in energietransport.

Soorten supergeleidende materialen

Er zijn twee hoofdtypen supergeleidende materialen: de klassieke (of laag-temperatuur) en de hoog-temperatuur supergeleidende materialen.

De klassieke supergeleiders zijn materialen die hun elektrische weerstand bijna tot nul reduceren bij zeer lage temperaturen, meestal minder dan 30 K (-243 graden Celsius). Deze materialen zijn over het algemeen heel zuiver, kristallijn en metaalkleurig. Klassieke supergeleidende materialen omvatten onder andere kwik, lood, niobium-titanium en niobium-tin.

Hoog-temperatuur supergeleiders, anderzijds, tonen supergeleidende eigenschappen bij relatief hogere temperaturen tot enkele honderden Kelvin. Deze materialen hebben een complexere samenstelling dan klassieke supergeleiders en staan bekend om hun meerlaagse structuur en complexe kristalstructuren. De meest bekende hoog-temperatuur supergeleidende materialen zijn koper-oxide composieten, zoals de YBa2Cu3O7-δ en de bismut gebaseerde materialen, zoals de Bi2Sr2CaCu2O8+y.

Eigenschappen van supergeleidende materialen

Supergeleiders hebben enkele unieke en interessante eigenschappen. Eén daarvan is de bijna nul elektrische weerstand. Dit betekent dat elektronen niet in botsing komen met de atomen in het materiaal tijdens hun reis doorheen de geleider, maar er juist omheen bewegen. Deze eigenschap maakt het mogelijk om elektrische stromen te transporteren zonder enig verlies van energie. Het maakt het zelfs mogelijk om zeer hoge stromen te transporteren zonder enige vorm van warmteontwikkeling.

Een andere eigenschap van supergeleiders is dat ze heel gevoelig zijn voor magnetische velden. Wanneer een supergeleider zich onder een magnetisch veld bevindt, dan stroomt de stroom in cirkels rondom de magnetische veldlijnen. Dit creëert een heel sterk magnetisch veld, wat betekent dat supergeleidende materialen kunnen worden gebruikt om zeer hoge magnetische velden te genereren.

Toepassingen van supergeleiding in energietransport

Supergeleiders bieden vele nieuwe kansen voor energietransport. Het meest voor de hand liggende voorbeeld is het gebruik van supergeleidende kabels voor hoogspanningstransmissie. Deze kabels zouden in staat zijn om enorme hoeveelheden elektriciteit te transporteren zonder enig verlies van energie, wat het energietransport veel efficiënter zou maken.

Een andere toepassing van supergeleiding is in de opslag van elektriciteit. Supergeleidende materialen kunnen worden gebruikt in specifieke toepassingen om elektrische energie te behouden zonder warmteverlies. Dit betekent dat er een veel effectievere methode is om elektriciteit op te slaan en te gebruiken.

Een andere toepassing is in de medische sector, waar supergeleidende magneten worden gebruikt in magneetresonantietomografen (MRI). Deze magneten kunnen veel hogere magnetische velden genereren dan conventionele magneten, waardoor meer gedetailleerde beelden van het menselijk lichaam kunnen worden gemaakt.

Daarnaast kunnen supergeleidende materialen ook worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. Wanneer een supergeleidende geleider wordt ondergedompeld in een magnetisch veld, dan kan er stroom worden gegenereerd. Dit maakt het mogelijk om draagbare energiegeneratoren te ontwikkelen die geen brandstof nodig hebben en geen CO2 uitstoten.

Conclusie

Supergeleiding biedt veel nieuwe kansen voor energietransport. Supergeleidende materialen kunnen helpen om elektrischetransport te verbeteren door verliesvrij en efficiënter te zijn. Supergeleidende technologieën vinden hun weg in de hoogspanningstransmissie, de energie-opslag, de medische sector en energiegeneratie. Er is nog veel te ontdekken over supergeleiding en het potentieel ervan is enorm, het zal ongetwijfeld een belangrijk component worden in ons toekomstig energielandschap.