Endlich ist die Anwendung der Hochtemperatur-Supraleitung in Sicht. Verlustfrei fließender Strom in Drähten und Beschichtungen aus Hochtemperatur-Supraleitern: Davon träumen die Forscher seit mehr als einem Jahrzehnt. Doch sie mussten sich durch üble Probleme beißen – jetzt winkt die Einsatzreife.
Erst ein Vierteljahr ist es her, dass landauf, landab der Champagner schäumte und aus Kaviardosen die teuersten Eier der Welt gelöffelt wurden. Aber schon sehnt sich Dr. Gero Papst, Geschäftsführer von American Superconductor Europe, heftig nach der nächsten Jahreswende: “Am Jahresende 2000 wird das weltweit erste kommerzielle Starkstromkabel installiert sein, das mit Hochtemperatur-Supraleitung funktioniert. Anfang 2001 nimmt es den kommerziellen Betrieb auf. Das wird ein Meilenstein für uns!” Die Weltpremiere wird in der US-Autometropole Detroit stattfinden. Bislang bilden dort neun arm dicke 120 Meter lange Kupferkabel für 24000 Volt und 2400 Ampere die Hauptschlagader der Innenstadt-Stromversorgung. Doch die Detroiter Downtown dürstet es nach mehr Saft.
Zur Jahreswende 2001 werden lediglich drei neue Kabel an die Stelle der neun Alten getreten sein, dafür aber das Dreifache an elektrischer Energie transportieren. Der Clou an den neuen Starkstromkabeln: Mit flüssigem Stickstoff gekühlt, sinkt der elektrische Widerstand ihres Werkstoffs auf ein Viertel verglichen mit herkömmlichen Kupferkabeln. Möglich wird dies durch den Einsatz eines Keramikmaterials aus Wismut, Strontium, Kalzium, Kupfer und Sauerstoff. American Superconductor ist mit einer Tagesproduktion von 1000 Metern der größte Hersteller von HTS-Leitern.
Im Gegensatz zur seit 1911 bekannten “Tieftemperatur”-Supraleitung in metallischen Leitern spricht man in diesem Falle von “Hochtemperatur”-Supraleitung (HTS): Anstelle der üblichen Temperaturen von flüssigem Helium, nahe dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius), reichen bei der HTS-Keramik bereits die -196 Grad Celsius von flüssigem Stickstoff. “Das Detroiter Projekt gibt uns die Gelegenheit zur öffentlichen Demonstration, dass Supraleitung praxistauglich ist und sie tatsächlich etwas bringt,” so Papst.
Der Euphorie folgte die Ernüchterung. “Vor wenigen Jahren reichte noch die Aussage aus, ein Motor mit HTS-Wicklungen sei deutlich leistungsfähiger, um potentielle Kunden für eine Entwicklungspartnerschaft an einem HTS-Motor zu interessieren. Heute muss der supraleitende Motor nicht nur besser sein als der konventionelle, sondern obendrein noch billiger. Das Motto, vor allem in den USA, lautet – Price first!” “Um wirtschaftlich rentabel für die Energieversorgungsunternehmen zu sein, wünschen sich die Hersteller von HTS-Kabeln einen Wert von mindestens 25000 Ampere pro Quadratzentimeter, zusätzlich muss man von den Herstellkosten – heute rund 500 Mark pro Kiloampere und Meter Draht – mindestens auf ein Zehntel herunter.” Gero Papst ist unerschütterlicher Optimist: “In Laborproben erreichen wir heute schon Stromtragfähigkeiten von 20000 Ampere pro Quadratzentimeter, in der laufenden Produktion 14000. Wir planen, das Leistungsniveau der Laborproben innerhalb von etwa zwei Jahren auf Produktionslängen zu übertragen.” Ist es also doch in Sicht – das Schlaraffenland des verlustfrei fließenden Stroms?
“Ich bin skeptisch”, sagt Dr. Beate Lehndorff, Wissenschaftlerin an der Gesamthochschule Wuppertal. Die Diplom-Physikerin arbeitet seit einem Jahrzehnt in der Supraleitungsforschung. Nicht nur an ihrer Hochschule, sondern auch in der Wuppertaler Firma Cryoelectra hat sie gründliche Erfahrungen in der HTS-Werkstoffentwicklung gesammelt. Lehndorffs Credo: “Die Supraleitung wird zunächst nur in Nischen Fuß fassen können – dort, wo es keine gute konventionelle Lösung gibt.”
Was die Marktchancen angeht, zeichnet Beate Lehndorff ein sehr differenziertes Bild. Die 1999 in Deutschland eingeführte Liberalisierung des Strommarktes begrüßt sie zwar als Verbraucherin – indes: “Der Konkurrenzdruck unter den Energieversorgern ist riesig. Die wenigsten werden ausgerechnet jetzt das Geld und die Risikobereitschaft aufbringen wollen, HTS-Komponenten in ihre Netze einzuführen. Es ist gut möglich, dass die Hochtemperatur-Supraleitung in Europa die nächsten Jahren Schwierigkeiten haben wird, sich zu etablieren.”
International sieht Beate Lehndorff den breiten HTS-Einsatz jedoch bereits kommen: “Die erste kommerzielle Anwendung der Hochtemperatur-Supraleitung steht unmittelbar bevor – keine elektrotechnische, sondern eine elektronische: supraleitende Bandfilter für die Mobilkommunikation.” Dass Mobiltelefonieren über Relaisstationen funktioniert, ist jedem Handynutzer geläufig. In diesen Stationen sind auch die Filter installiert. Nachteil bisher: Kindskopfgroße Hohlraum-Resonatoren aus Kupfer müssen herhalten, um die schwachen Mikrowellensignale eines Handys oder Autotelefons aus dem Störrauschen herauszufiltern. Die HTS-Filter hingegen erweisen sich nicht nur als weit leistungsstärker, sondern passen auch auf einen Chip.
Dr. Matthias Klauda, Fachreferent für Supraleitung der Bosch Telecom in Backnang, weiß die Vorteile der HTS-Bandfilter besonders zu schätzen. Denn er koordiniert im Produktbereich Raumfahrttechnik ein vom Bundesforschungsministerium unterstütztes Projekt, in dem supraleitende Relaisstationen für Satelliten entwickelt werden. “Jedes Kilogramm Startgewicht kostet bis zu 100000 Mark”, erläutert er. “Da ein Kommunikationssatellit Dutzende von Filtern trägt – ein Satellit bedient teils mehr als 60 Mobilfunk-Kanäle – ist die Einsparung von Masse und Volumen durch HTS-Filter eine sehr attraktive Perspektive. Der kritische Faktor bei HTS-Filtern ist die Kühltechnik”, sagt Klauda. Mit flüssigem Stickstoff lässt sich bei elektronischen Komponenten meist nur schwer arbeiten.
2000 könnte zum Jahr 1 der Kommerzialisierung für die Hochtemperatur-Supraleitung werden – in den USA zumindest: Mobilfunkanbieter wie Cellular One führen HTS-Filter in den Routinebetrieb ein, vorzugsweise in bergigem Gelände wie den Appalache Mountains in West-Virginia, wo der Mobilfunk besonders schwächelt. “Da ist der größte Bedarf, auch weil in den USA die Frequenzbänder der Mobilfunkanbieter einander zum Teil durchdringen – das bescherte den Handynutzern viele Störungen”, sagt Klauda.
Thorwald Ewe
