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Forschung: KIT entwickelt energieeffizientes Supraleiterkabel 

Ein Forscherteam des KIT hat ein Supraleiterkabel entwickelt, das elektrische Energie bei moderater Kühlung nahezu verlustfrei transportiert.

In einem neuartigen Verfahren werden am KIT dünne Bänder aus Rare-Earth Barium- Copper-Oxide zu Hochtemperatur-Supraleiterkabeln mit hoher Stromtragfähigkeit verarbeitet. Bildquelle: © ITEP, KIT

In einem neuartigen Verfahren werden am KIT dünne Bänder aus Rare-Earth Barium-

Copper-Oxide zu Hochtemperatur-Supraleiterkabeln mit hoher Stromtragfähigkeit verarbeitet.

Supraleiter übertragen elektrischen Strom bei tiefen Temperaturen nahezu verlustfrei – das macht sie für eine ganze Reihe energiesparender Technologien attraktiv. Allerdings ist dafür normalerweise eine Kühlung mit flüssigem Helium auf eine Temperatur nahe -269 °C notwendig. Ein neues Kabel aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Hochtemperatursupraleiter Cross Conductor (HTS CroCo), soll dagegen schon bei -196 °C einsatzbereit sein.

Grund sei das spezielle Material, das die Wissenschaftler verabeiten: Zum Einsatz kommt Rare-Earth Barium-Copper-Oxide (kurz REBCO), dessen supraleitende Eigenschaft schon seit 1987 bekannt ist. Allerdings kann dieser Supraleiter in langen Längen nur in Form dünner Bänder gefertigt werden.»Wir haben nun eine Methode entwickelt, bei der mehrere REBCO-Bänder kreuzförmig angeordnet werden. Dabei entsteht ein Kabel für sehr hohe Ströme«, so Dr. Walter Fietz vom Institut für Technische Physik (ITEP) des KIT. 
 

Der HTS CroCo besteht aus REBCO-Bändern zweier unterschiedlicher Breiten, die im Querschnitt kreuzförmig angeordnet sind. Bildquelle: © ITEP, KIT

Der HTS CroCo besteht aus REBCO-Bändern zweier unterschiedlicher Breiten, die im Querschnitt kreuzförmig angeordnet sind.

Die hohe Stromtragfähigkeit des HTS CroCos spart Platz und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln aus Kupfer- oder Aluminium. Auch die Herstellung des Kabels verläuft den Wissenschaftlern zufolge besonders effizient: In einem am KIT entwickelten Fertigungsverfahren werden mehrere Herstellungsschritte miteinander kombiniert.

»Zurzeit erreichen wir in einer Demonstrator-Fertigung bereits eine Herstellungsgeschwindigkeit von einem Meter pro Minute«, erläutert Dr. Michael Wolf, vom ITEP. In einer entsprechend skalierten industriellen Fertigungsanlage wären Kabellängen von mehreren 100 Metern und mehr denkbar. Weil die supraleitende Schicht, die den hohen Strom trägt, in den fertigen Kabeln nur wenige tausendstel Millimeter dick ist, halten sich auch die Materialkosten in Grenzen. »Einer Massenproduktion stehen bislang noch hohe Kosten für das aufwendige Herstellungsverfahren der REBCO-Bänder entgegen«, so Wolf, »aber augenblicklich werden vonseiten der Industrie neue Verfahren entwickelt, um diese günstiger zu machen.« 

Anwendungsmöglichkeiten

Der CroCo eignet sich für die energiesparende Erzeugung starker Magnetfelder, aber auch zum Transport großer Mengen elektrischer Energie. Damit ließen sich zukünftig beispielsweise große Windparks oder Solarkraftwerke in das Stromnetz integrieren und Stromautobahnen schlanker gestalten. Wird zur Kühlung des CroCo flüssiger Wasserstoff genutzt, können sogar chemische und elektrische Energie gemeinsam transportiert werden. »Prinzipiell lässt sich ein CroCo überall dort einsetzen, wo wenig Raum zur Verfügung steht, aber viel elektrische Energie transportiert werden soll«, sagt Fietz. Denkbar sei deshalb auch eine Anwendung in Schiffen und sogar in zukünftigen vollelektrischen Flugzeugen. 

© Karlsruher Institut für Technologie
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT präsentieren ein vielseitiges Supraleiterkabel für den verlustfreien Stromtransport, das auf einfache Weise industriell gefertigt werden kann, den HTS Kreuzleiter (engl. HTS Cros-sConductor, kurz HTS CroCo).