Fundamentos de la revolución eléctrica

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

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Vivimos en tiempos de crisis de combustibles fósiles, por lo que la tendencia a las energías renovables está ganando terreno. La aplicación de estas energías es, en la mayoría de los casos, la producción de electricidad. Debido a las limitaciones de los sistemas eléctricos actuales (derroche de energía, sobre todo), los científicos están estudiando alternativas. El objetivo es encontrar o desarrollar material sin resistencia eléctrica.

Estos sistemas tendrían propiedades físicas muy atractivas. Entre otras cosas (al menos teóricamente), la generación de corriente evita aportar más energía al sistema para mantenerlo en funcionamiento continuo. Además, estos materiales tendrían otra propiedad interesante. Aunque parezca mentira, tendrían capacidad de levitación. No es de extrañar, por tanto, que los científicos llamen «superconductores» a cualquier compuesto con este tipo de comportamiento.

Reales

Sin embargo, los superconductores no son una simple ocurrencia de los físicos. Son materiales reales. De hecho, cualquier metal genera superconductividad si se coloca en condiciones adecuadas. Estas condiciones son el mayor problema. Para que el metal se convierta en superconductor es necesario enfriarlo hasta una temperatura aproximada de 270 ºC (temperatura del helio líquido).

Son varios óxidos complejos supereoideas que contienen cobre a mayor temperatura. A pesar de que todavía hay que enfriar a -200ºC, estos «superconductores de alta temperatura» han despertado la atención de los científicos. De hecho, desde que se superó el umbral de los -196 ºC se ha tratado un tema de gran actualidad en el campo de la investigación, ya que dicen que se puede utilizar nitrógeno líquido barato para reducir los óxidos hasta esa temperatura. Sin embargo, los físicos se enfrentan a otro grave problema.

El paso de grandes corrientes por estos materiales supone la pérdida total de propiedades superconductoras. Esto significa que los superconductores admiten intensidades muy pequeñas y, por tanto, la mayoría de las aplicaciones se encuentran impedidas. Miembros de un grupo de físicos alemanes han publicado recientemente en la revista especializada Nature una solución a este problema.

Se recuerda que la superconductividad aparece en óxidos complejos. Estos materiales están formados por redes de átomos tridimensionales. Entre los óxidos con mejores propiedades se encuentran los compuestos de itrio, bario, cobre y oxígeno, conocidos como YBCO. En estos óxidos la corriente eléctrica no es consecuencia directa del movimiento de los electrones, sino de los agujeros que deja la falta de electrones. Por tanto, los transportadores de electricidad tienen una carga positiva.

Mirando a los átomos

El material está formado por pequeños ejemplares de estas redes ordenadas y el problema surge en los límites unitarios. La corriente eléctrica tiene grandes obstáculos para superar estos límites. Según los cálculos teóricos, los obstáculos tienen su origen en la pérdida de átomos de oxígeno. El grupo que dirige el físico Hammerl ha introducido iones de calcio en las ubicaciones vacías de los átomos de oxígeno. Los óxidos aniones y los cationes cálcicos tienen un tamaño similar, por lo que se colocan correctamente en la red. Además, el calcio es capaz de transportar los orificios de la densidad electrónica de grano a grano. De esta forma se supera fácilmente el límite y la superioridad no se pierde en grandes corrientes eléctricas. Varios miembros del citado grupo intentaron aplicar esta solución el año pasado, pero el exceso de calcio y la superconductividad se rompió con el óxido YBCO.

En esta ocasión los físicos han seguido una nueva metodología. El material está organizado en capas. Las capas dopadas con calcio y sin calcio se han colocado entre sí. Los investigadores han descubierto que los átomos de calcio migran de una capa a otra, de manera que el calcio no aparece en cantidades tan grandes.

La mejora es notable. La corriente eléctrica que circula sin resistencia es seis veces mayor en los nuevos YBCO. Estos materiales se quieren utilizar para hacer cables y cintas. Los superconductores utilizados actualmente son el bismuto, el estroncio, el calcio y los óxidos de cobre (BSCCO), que contienen plomo estabilizador. Suelen ser muy caros, porque tienen que rodearse totalmente de plata. El cable de un metro que lleva un amperio tiene un precio de 300 dólares (60.000 pesetas, 2.400 libras). Con la producción Kate el coste podría reducirse a 50 dólares. Pero caro. Los óxidos de YBCO son mucho más baratos. El cable mencionado en la producción de cadena podría ser transportado hasta un coste de un solo dólar.

Al igual que la electricidad cambió el mundo, los superconductores revolucionarán los sistemas eléctricos. Poco a poco vamos cambiando los conceptos, pero las aplicaciones no se ven muy lejos. XXI. En el siglo XX, la energía tiene que sufrir cambios violentos.

La dependencia de los combustibles fósiles sólo requiere un interés político, ya que el interés científico sobre el rendimiento de la electricidad está a la vista.