Fonaments de la revolució elèctrica

2000/09/26 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia

• Materialak
• Kimika
• Energia berriztagarriak

Vivim en temps de crisi de combustibles fòssils, per la qual cosa la tendència a les energies renovables està guanyant terreny. L'aplicació d'aquestes energies és, en la majoria dels casos, la producció d'electricitat. A causa de les limitacions dels sistemes elèctrics actuals (malbaratament d'energia, sobretot), els científics estan estudiant alternatives. L'objectiu és trobar o desenvolupar material sense resistència elèctrica.

Aquests sistemes tindrien propietats físiques molt atractives. Entre altres coses (almenys teòricament), la generació de corrent evita aportar més energia al sistema per a mantenir-lo en funcionament continu. A més, aquests materials tindrien una altra propietat interessant. Encara que sembli mentida, tindrien capacitat de levitació. No és d'estranyar, per tant, que els científics diguin «superconductors» a qualsevol compost amb aquesta mena de comportament.

Reals

No obstant això, els superconductors no són una simple ocurrència dels físics. Són materials reals. De fet, qualsevol metall genera superconductivitat si es col·loca en condicions adequades. Aquestes condicions són el major problema. Perquè el metall es converteixi en superconductor és necessari refredar-lo fins a una temperatura aproximada de 270 °C (temperatura de l'heli líquid).

Són diversos òxids complexos supereoideas que contenen coure a major temperatura. A pesar que encara cal refredar a -200 °C, aquests «superconductors d'alta temperatura» han despertat l'atenció dels científics. De fet, des que es va superar el llindar dels -196 °C s'ha tractat un tema de gran actualitat en el camp de la recerca, ja que diuen que es pot utilitzar nitrogen líquid barat per a reduir els òxids fins a aquesta temperatura. No obstant això, els físics s'enfronten a un altre greu problema.

El pas de grans corrents per aquests materials suposa la pèrdua total de propietats superconductores. Això significa que els superconductors admeten intensitats molt petites i, per tant, la majoria de les aplicacions es troben impedides. Membres d'un grup de físics alemanys han publicat recentment en la revista especialitzada Nature una solució a aquest problema.

Es recorda que la superconductivitat apareix en òxids complexos. Aquests materials estan formats per xarxes d'àtoms tridimensionals. Entre els òxids amb millors propietats es troben els compostos d'itri, bari, coure i oxigen, coneguts com YBCO. En aquests òxids el corrent elèctric no és conseqüència directa del moviment dels electrons, sinó dels forats que deixa la falta d'electrons. Per tant, els transportadors d'electricitat tenen una càrrega positiva.

Mirant als àtoms

El material està format per petits exemplars d'aquestes xarxes ordenades i el problema sorgeix en els límits unitaris. El corrent elèctric té grans obstacles per a superar aquests límits. Segons els càlculs teòrics, els obstacles tenen el seu origen en la pèrdua d'àtoms d'oxigen. El grup que dirigeix el físic Hammerl ha introduït ions de calci en les ubicacions buides dels àtoms d'oxigen. Els òxids anions i els cations càlcics tenen una grandària similar, per la qual cosa es col·loquen correctament en la xarxa. A més, el calci és capaç de transportar els orificis de la densitat electrònica de gra a gra. D'aquesta forma se supera fàcilment el límit i la superioritat no es perd en grans corrents elèctrics. Diversos membres del citat grup van intentar aplicar aquesta solució l'any passat, però l'excés de calci i la superconductivitat es va trencar amb l'òxid YBCO.

En aquesta ocasió els físics han seguit una nova metodologia. El material està organitzat en capes. Les capes dopades amb calci i sense calci s'han col·locat entre si. Els investigadors han descobert que els àtoms de calci migren d'una capa a una altra, de manera que el calci no apareix en quantitats tan grans.

La millora és notable. El corrent elèctric que circula sense resistència és sis vegades major en els nous YBCO. Aquests materials es volen utilitzar per a fer cables i cintes. Els superconductors utilitzats actualment són el bismut, l'estronci, el calci i els òxids de coure (BSCCO), que contenen plom estabilitzador. Solen ser molt cars, perquè han d'envoltar-se totalment de plata. El cable d'un metre que porta un ampere té un preu de 300 dòlars (60.000 pessetes, 2.400 lliures). Amb la producció Kate el cost podria reduir-se a 50 dòlars. Però car. Els òxids de YBCO són molt més barats. El cable esmentat en la producció de cadena podria ser transportat fins a un cost d'un sol dòlar.

Igual que l'electricitat va canviar el món, els superconductors revolucionaran els sistemes elèctrics. A poc a poc anem canviant els conceptes, però les aplicacions no es veuen molt lluny. XXI. En el segle XX, l'energia ha de sofrir canvis violents.

La dependència dels combustibles fòssils només requereix un interès polític, ja que l'interès científic sobre el rendiment de l'electricitat està a la vista.