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Strom ohne Widerstand

Keiner spricht mehr darüber: Hochtemperatur-Supraleiter.

Die Supraleitung wurde bereits vor mehr als einem Jahrhundert entdeckt: von dem niederländischen Physiker und späteren Physik-Nobelpreisträger Heike Kamerlingh- Onnes (1853 bis 1926). Doch den Materialien, die diesen verblüffenden Effekt zeigen – also Strom fast ohne elektrischen Widerstand leiten –, ist der Durchbruch in die Alltagstechnik bislang verwehrt. Die Temperatur stellt dabei das größte Hindernis dar: Metalle werden erst supraleitend, wenn sie in aufwendigen Verfahren bis kurz oberhalb des absoluten Nullpunkts (minus 273,15 Grad Celsius) gekühlt werden.

Jahrzehntelang haben Wissenschaftler versucht, Materialien zu finden, die schon bei Raumtemperatur ihren elektrischen Widerstand verlieren. Zum Beispiel der Amerikaner William Little: Vor 50 Jahren schlug er die Herstellung eines supraleitenden Riesenmoleküls vor (bild der wissenschaft 4/1964, „Supraleitung bei Zimmertemperatur“). Damit Materialien supraleitend werden, müssen die Elektronen in den äußeren Hüllen ihrer Atome bestimmte Wechselwirkungen miteinander eingehen. Little vermutete, dass dies auch bei seinem organischen Riesenmolekül der Fall wäre. Aber der Erfolg blieb ihm versagt.

Erst in den 1980er-Jahren gelang es einem Team um die Physiker Georg Bednorz und Alex Müller, Hochtemperatur-Supraleiter herzustellen – keramische Verbindungen, die seitdem unter dem Kürzel HTS bekannt sind. Diese Materialien verlieren ihren elektrischen Widerstand bereits bei minus 150 Grad Celsius. Diese Temperaturstufe reicht für erste technische Anwendungen.

Eine davon liegt seit Kurzem in Essen unter der Erde. Der EnergiekonzernRWE hat dort im Rahmen des Projekts AmpaCity einen Kilometer herkömmliches 110- Kilovolt-Kabel durch ein 10-Kilovolt-HTS-Kabel ersetzt. Es wird ständig von flüssigem Stickstoff gekühlt. „In Ballungsgebieten kann der Einsatz von supra- leitenden Kabeln sinnvoll sein“, erklärt Projektleiter Frank Merschel die Motivation hinter AmpaCity.

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Das Energieunternehmen erhofft sich von dieser Technologie langfristig Kostenvorteile: „Der Clou ist, dass wir damit in der Innenstadt bis zu 40 Prozent der Umspannanlagen einsparen können“ , freut sich Merschel. Zunächst ist das 13,5 Millionen Euro teure Projekt allerdings nur auf zwei Jahre ausgelegt. Wie es danach mit dem Essener Supraleiterkabel weitergeht, steht noch nicht fest.

Während sich Industrieunternehmen allmählich für das Potenzial der Supraleiter interessieren, moniert zum Beispiel der Physiker Fabrice Laussy von der spanischen Universidad Autónoma in Madrid: „Niemand weiß, warum die Hochtemperatur-Supraleiter überhaupt funktionieren. Die Theorie hinkt dem bislang in der Praxis Erreichten weit hinterher.“ Wie aber soll man die HTS gezielt so verändern, dass sie auch bei Raumtemperatur supraleitend sind, wenn man sie nicht versteht?

Der Traum von supraleitenden Materialien bei 20 Grad Celsius ist aber für Forscher wie Laussy noch nicht ausgeträumt. Und siehe da: Sie besinnen sich auf die Arbeiten von William Little. „ Was genau verursacht die Wechselwirkung zwischen den Elektronen, die bei Supraleitung eintritt?“, fragt sich auch Laussy.

Zwar war Littles Antwort auf diese Frage falsch. Aber Fabrice Laussy und seine Kollegen haben kürzlich einen neuen, auf den 50 Jahre alten Überlegungen basierenden, theoretischen Ansatz vorgestellt. Wenn er korrekt ist, sollte Supraleitung auch bei Zimmertemperatur möglich sein. Der experimentelle Nachweis steht allerdings noch aus.

Franziska Konitzer

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