Fundamentos da revolución eléctrica

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

• Materialak
• Kimika
• Energia berriztagarriak

Vivimos en tempos de crises de combustibles fósiles, polo que a tendencia ás enerxías renovables está a gañar terreo. A aplicación destas enerxías é, na maioría dos casos, a produción de electricidade. Debido ás limitacións dos sistemas eléctricos actuais (malgaste de enerxía, sobre todo), os científicos están a estudar alternativas. O obxectivo é atopar ou desenvolver material sen resistencia eléctrica.

Estes sistemas terían propiedades físicas moi atractivas. Entre outras cousas (polo menos teoricamente), a xeración de corrente evita achegar máis enerxía ao sistema paira mantelo en funcionamento continuo. Ademais, estes materiais terían outra propiedade interesante. Aínda que pareza mentira, terían capacidade de levitación. Non é de estrañar, por tanto, que os científicos chamen «superconductores» a calquera composto con este tipo de comportamento.

Reais

Con todo, os superconductores non son una simple ocorrencia dos físicos. Son materiais reais. De feito, calquera metal xera superconductividad si colócase en condicións adecuadas. Estas condicións son o maior problema. Para que o metal convértase en superconductor é necesario arrefrialo até unha temperatura aproximada de 270 ºC (temperatura do helio líquido).

Son varios óxidos complexos supereoideas que conteñen cobre a maior temperatura. A pesar de que aínda hai que arrefriar a -200ºC, estes «superconductores de alta temperatura» espertaron a atención dos científicos. De feito, desde que se superou o limiar dos -196 ºC tratouse un tema de gran actualidade no campo da investigación, xa que din que se pode utilizar nitróxeno líquido barato paira reducir os óxidos até esa temperatura. Con todo, os físicos enfróntanse a outro grave problema.

O paso de grandes correntes por estes materiais supón a perda total de propiedades superconductoras. Isto significa que os superconductores admiten intensidades moi pequenas e, por tanto, a maioría das aplicacións atópanse impedidas. Membros dun grupo de físicos alemáns publicaron recentemente na revista especializada Nature unha solución a este problema.

Lémbrase que a superconductividad aparece en óxidos complexos. Estes materiais están formados por redes de átomos tridimensionales. Entre os óxidos con mellores propiedades atópanse os compostos de itrio, bario, cobre e osíxeno, coñecidos como YBCO. Nestes óxidos a corrente eléctrica non é consecuencia directa do movemento dos electróns, senón dos buracos que deixa a falta de electróns. Por tanto, os transportadores de electricidade teñen una carga positiva.

Mirando aos átomos

O material está formado por pequenos exemplares destas redes ordenadas e o problema xorde nos límites unitarios. A corrente eléctrica ten grandes obstáculos paira superar estes límites. Segundo os cálculos teóricos, os obstáculos teñen a súa orixe na perda de átomos de osíxeno. O grupo que dirixe o físico Hammerl introduciu iones de calcio nas localizacións baleiras dos átomos de osíxeno. Os óxidos aniones e os cationes cálcicos teñen un tamaño similar, polo que se colocan correctamente na rede. Ademais, o calcio é capaz de transportar os orificios da densidade electrónica de gran a gran. Desta forma supérase facilmente o límite e a superioridade non se perde en grandes correntes eléctricas. Varios membros do citado grupo tentaron aplicar esta solución o ano pasado, pero o exceso de calcio e a superconductividad rompeu co óxido YBCO.

Nesta ocasión os físicos seguiron una nova metodoloxía. O material está organizado en capas. As capas dopadas con calcio e sen calcio colocáronse entre si. Os investigadores descubriron que os átomos de calcio migran dunha capa a outra, de maneira que o calcio non aparece en cantidades tan grandes.

A mellora é notable. A corrente eléctrica que circula sen resistencia é seis veces maior nos novos YBCO. Estes materiais quérense utilizar paira facer cables e cintas. Os superconductores utilizados actualmente son o bismuto, o estroncio, o calcio e os óxidos de cobre (BSCCO), que conteñen chumbo estabilizador. Adoitan ser moi caros, porque teñen que rodearse totalmente de prata. O cable dun metro que leva un amperio ten un prezo de 300 dólares (60.000 pesetas, 2.400 libras). Coa produción Kate o custo podería reducirse a 50 dólares. Pero caro. Os óxidos de YBCO son moito máis baratos. O cable mencionado na produción de cadea podería ser transportado até un custo dun só dólar.

Do mesmo xeito que a electricidade cambiou o mundo, os superconductores revolucionarán os sistemas eléctricos. Aos poucos imos cambiando os conceptos, pero as aplicacións non ven moi lonxe. XXI. No século XX, a enerxía ten que sufrir cambios violentos.

A dependencia dos combustibles fósiles só require un interese político, xa que o interese científico sobre o rendemento da electricidade está á vista.