Las aplicaciones tecnológicas de la superconductividad incluyen:
La mayor aplicación de la superconductividad es la producción de campos magnéticos de gran volumen, estables y de alta intensidad necesarios para las imágenes por resonancia magnética (MRI) y la resonancia magnética nuclear (NMR). Esto representa un mercado de miles de millones de dólares para empresas como Oxford Instruments y Siemens . Los imanes suelen utilizar superconductores de baja temperatura (LTS) porque los superconductores de alta temperatura aún no son lo suficientemente baratos como para ofrecer de manera rentable los campos altos, estables y de gran volumen necesarios, a pesar de la necesidad de enfriar los instrumentos LTS a temperaturas de helio líquido . Los superconductores también se utilizan en imanes científicos de alto campo.
Los aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones pueden incluir muchos electroimanes de alto campo que requieren grandes cantidades de LTS. Para construir los imanes del LHC se requirió más del 28 por ciento de la producción mundial de cables de niobio y titanio durante cinco años, y también se utilizaron grandes cantidades de NbTi en los imanes de los enormes detectores experimentales del LHC. [2]
Las máquinas de fusión convencionales (JET, ST-40, NTSX-U y MAST) utilizan bloques de cobre. Esto limita sus campos a 1-3 Tesla. Se planean varias máquinas de fusión superconductoras para el período 2024-2026. Estos incluyen ITER , ARC y la próxima versión de ST-40 . La incorporación de superconductores de alta temperatura debería producir una mejora de un orden de magnitud en los campos (10-13 tesla) para una nueva generación de Tokamaks. [3]
Las aplicaciones comerciales hasta ahora de los superconductores de alta temperatura (HTS) se han visto limitadas por otras propiedades de los materiales descubiertos hasta ahora. Los HTS solo requieren nitrógeno líquido , no helio líquido , para enfriarse a temperaturas superconductoras. Sin embargo, los superconductores de alta temperatura actualmente conocidos son cerámicas frágiles que son costosas de fabricar y no se les da fácilmente la forma de alambres u otras formas útiles. [4] Por lo tanto, las aplicaciones para HTS han sido donde tiene alguna otra ventaja intrínseca, por ejemplo en:
HTS tiene aplicación en imanes científicos e industriales, incluido el uso en sistemas de RMN y RMN. Los sistemas comerciales ahora están disponibles en cada categoría. [5]
Además, un atributo intrínseco del HTS es que puede soportar campos magnéticos mucho más altos que el LTS, por lo que se están explorando los HTS a temperaturas de helio líquido para inserciones de campo muy alto dentro de los imanes LTS.
Las futuras aplicaciones HTS industriales y comerciales prometedoras incluyen calentadores de inducción , transformadores , limitadores de corriente de falla , almacenamiento de energía , motores y generadores , reactores de fusión (ver ITER ) y dispositivos de levitación magnética .
Las primeras aplicaciones serán aquellas en las que el beneficio de un tamaño más pequeño, un peso menor o la capacidad de cambiar rápidamente la corriente (limitadores de corriente de falla) superen el costo adicional. A más largo plazo, a medida que baje el precio de los conductores, los sistemas HTS deberían ser competitivos en una gama mucho más amplia de aplicaciones únicamente por motivos de eficiencia energética . (Para obtener una visión relativamente técnica y centrada en los EE. UU. de la situación de la tecnología HTS en los sistemas de energía y el estado de desarrollo del conductor de Generación 2, consulte Superconductivity for Electric Systems 2008 US DOE Annual Peer Review.)
El Proyecto Holbrook Superconductor , también conocido como proyecto LIPA, fue un proyecto para diseñar y construir el primer cable de transmisión de energía superconductor de producción del mundo. El cable fue encargado a finales de junio de 2008 por la Autoridad de Energía de Long Island (LIPA) y estuvo en funcionamiento durante dos años. La subestación eléctrica suburbana de Long Island está alimentada por un sistema de cable subterráneo de 2000 pies (600 m) que consta de aproximadamente 99 millas (159 km) de cable superconductor de alta temperatura fabricado por American Superconductor enfriado a -371 °F (-223,9 °C). ; 49,3 K) con nitrógeno líquido , [ dudoso - discutir ] reduciendo en gran medida el costo requerido para entregar energía adicional. [6] Además, la instalación del cable eludió las estrictas regulaciones para líneas eléctricas aéreas y ofreció una solución a las preocupaciones del público [ ¿cuáles? ] en líneas eléctricas aéreas. [7] [ verificación fallida ]
El Proyecto Tres Amigas fue propuesto en 2009 como un interconector eléctrico HVDC entre la Interconexión Este , la Interconexión Oeste y la Interconexión Texas . [8] Se propuso que fuera una vía triangular de varios kilómetros de cables eléctricos superconductores, capaz de transferir cinco gigavatios de energía entre las tres redes eléctricas de Estados Unidos. El proyecto caducó en 2015 cuando Eastern Interconnect se retiró del proyecto. La construcción nunca se inició. [9]
Essen, Alemania, tiene en producción el cable de energía superconductor más largo del mundo, de 1 kilómetro. Es un cable refrigerado por nitrógeno líquido de 10 kV. El cable es más pequeño que un cable normal equivalente de 110 kV y el voltaje más bajo tiene el beneficio adicional de contar con transformadores más pequeños. [10] [11]
En 2020, una planta de aluminio en Voerde , Alemania, anunció planes para utilizar superconductores para cables que transporten 200 kA, citando como ventajas un menor volumen y demanda de material. [12] [13]
El diboruro de magnesio es un superconductor mucho más barato que BSCCO o YBCO en términos de costo por capacidad de transporte de corriente por longitud (coste/(kA*m)), en el mismo estadio que LTS, y sobre esta base muchos cables fabricados ya son más baratos. que el cobre. Además, el MgB 2 se superconduce a temperaturas superiores a la LTS (su temperatura crítica es de 39 K, frente a los menos de 10 K del NbTi y los 18,3 K del Nb 3 Sn), lo que introduce la posibilidad de utilizarlo a 10-20 K en entornos libres de criógeno. imanes o quizás eventualmente en hidrógeno líquido. [ cita necesaria ] Sin embargo, el MgB 2 tiene un campo magnético limitado que puede tolerar a estas temperaturas más altas, por lo que se requiere más investigación para demostrar su competitividad en aplicaciones de campos más altos.
La exposición de materiales superconductores a un breve campo magnético puede atrapar el campo para su uso en máquinas como generadores. En algunas aplicaciones podrían sustituir a los imanes permanentes tradicionales. [14] [15] [16]