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Abb. 1: Der Hochtemperatur-Supraleiter zweiter Generation (rechts) leitet verlustfrei die gleiche Stromstärke von 200A wie das abgebildete Kupferkabel (links).
Zweite Generation führt aus der Nische
Projektinfo 06/2010
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Hochtemperatur-Supraleiter

Bereits vor etwa 100 Jahren entdeckte der Physiker H. K. Onnes, dass Quecksilber unterhalb einer Temperatur von 4,2 Kelvin sprungartig seinen elektrischen Widerstand verliert. In der Folgezeit wurden supraleitende Metalllegierungen mit Sprungtemperaturen bis zu 23 K entwickelt. Diese ermöglichten in den letzten 30 Jahren bahnbrechende Entwicklungen vor allem in der Medizintechnik aber auch in der physikalischen Forschung. Gemessen an den vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten blieb die Supraleitung dennoch lange Zeit eine Nischentechnologie. Hauptgrund ist der Aufwand, den die Aufrechterhaltung solch niedriger Temperaturen erfordert. Da unterhalb von 23 K nur Helium noch flüssig ist, kommt nur dieses als Kühlmittel in Frage. Es ist jedoch teuer und schwer zu handhaben. Auch der Energiebedarf zur Verflüssigung ist beträchtlich.

Entsprechend groß war die Euphorie im Jahr 1986, als die Physiker J. G. Bednorz und K. A. Müller Materialien entwickelten, die bereits bei 35 K supraleitend werden: Im Unterschied zu den bisher bekannten Metallen und Legierungen handelt es sich hier überraschenderweise um keramische Substanzen. Schon ein Jahr später erreichten neue Materialien Sprungtemperaturen oberhalb von 77 K. Jetzt war es möglich, mit flüssigem Stickstoff zu kühlen, der als Industrieprodukt kostengünstig zur Verfügung steht. Die möglichen Einsatzfelder erweitern sich dadurch schlagartig. Auch energietechnische Anwendungen und insbesondere Effizienztechnologien rücken in den Bereich des Möglichen. Es bleibt aber bis heute noch weiterer Entwicklungsbedarf, um aus den spröden keramischen Materialien supraleitende Drähte oder Bänder in der erforderlichen Qualität und Menge zu akzeptablen Kosten herzustellen.

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Pilotprojekte in Stromnetzen sowie für Motoren und Generatoren und bei Anwendungen in industriellen Prozessen zeigen, dass gegenüber der konventionellen Technik erhebliche Energieeinsparungen realisiert werden. Oftmals tritt noch ein Sekundärnutzen hinzu, der die Supraleitung besonders attraktiv gegenüber konventioneller Technik macht. So sind Supraleiter kleiner, leichter und effizienter als konventionelle Leiter, z.T. können auch Verbesserungen der Verfahren erreicht werden. Das Potenzial der Technologie ist rund um den Globus erkannt worden. Länder wie die USA, Japan, Korea, China und Indien haben die Forschung verstärkt. Deutschland liegt seit einer intensiven Förderung in den neunziger Jahren gut im Rennen. Speziell mittelständische Unternehmen können hoch entwickelte Produkte und Systemlösungen anbieten. Um diese gute Position zu halten und auszubauen, fördert das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) in zahlreichen Projekten die Entwicklung der Technologie und deren Anwendungen.

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