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 la obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM) y la resonancia magnética nuclear (RMN). Esto representa un mercado multimillonario para empresas como Oxford Instruments y Siemens . Los imanes suelen utilizar superconductores de baja temperatura (LTS), ya que los superconductores de alta temperatura aún no son lo suficientemente baratos como para generar de forma 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 necesitó más del 28 por ciento de la producción mundial de alambre 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, lo que limita sus campos a 1-3 teslas. Se prevé la construcción de varias máquinas de fusión superconductora para el período 2024-2026, entre ellas 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 teslas) para una nueva generación de Tokamaks. [3]
Las aplicaciones comerciales hasta ahora de los superconductores de alta temperatura (HTS) han estado limitadas por otras propiedades de los materiales descubiertos hasta ahora. Los HTS requieren solo nitrógeno líquido , no helio líquido , para enfriarse a temperaturas superconductoras. Sin embargo, los superconductores de alta temperatura conocidos actualmente son cerámicas frágiles que son caras de fabricar y no se transforman fácilmente en cables u otras formas útiles. [4] Por lo tanto, las aplicaciones de los HTS han sido donde tienen alguna otra ventaja intrínseca, por ejemplo en:
El HTS tiene aplicaciones en imanes científicos e industriales, incluido el uso en sistemas de RMN y MRI. Actualmente existen sistemas comerciales disponibles en cada categoría. [5]
Además, un atributo intrínseco del HTS es que puede soportar campos magnéticos mucho más altos que los LTS, por lo que se están explorando HTS a temperaturas de helio líquido para insertos de campo muy alto dentro de imanes LTS.
Las futuras aplicaciones industriales y comerciales prometedoras del HTS 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 se realizarán en aquellas áreas 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) supere el costo adicional. A más largo plazo, a medida que caiga el precio de los conductores, los sistemas HTS deberían ser competitivos en una gama mucho más amplia de aplicaciones, solo por razones de eficiencia energética . (Para una visión relativamente técnica y centrada en los EE. UU. del estado 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 el proyecto LIPA, fue un proyecto para diseñar y construir el primer cable de transmisión de energía superconductor de producción del mundo. El cable fue puesto en servicio a fines 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 para las preocupaciones del público [ ¿cuál? ] sobre las líneas eléctricas aéreas. [7] [ verificación fallida ]
El Proyecto Tres Amigas fue propuesto en 2009 como un interconector eléctrico HVDC entre la Interconexión Oriental , la Interconexión Occidental y la Interconexión de 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 EE. UU. El proyecto caducó en 2015 cuando la Interconexión Oriental se retiró del proyecto. La construcción nunca comenzó. [9]
En Essen, Alemania, se fabrica el cable superconductor de energía más largo del mundo, de 1 kilómetro de longitud. Se trata de un cable refrigerado con nitrógeno líquido de 10 kV. El cable es más pequeño que un cable regular equivalente de 110 kV y su menor voltaje tiene la ventaja 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 transportan 200 kA, citando como ventajas un menor volumen y una menor demanda de material. [12] [13]
El diboruro de magnesio es un superconductor mucho más barato que el BSCCO o el YBCO en términos de coste por capacidad de transporte de corriente por longitud (coste/(kA*m)), en el mismo rango que el LTS, y sobre esta base muchos cables fabricados ya son más baratos que el cobre. Además, el MgB2 es superconductor a temperaturas superiores a las del LTS (su temperatura crítica es de 39 K, en comparación con menos de 10 K para el NbTi y 18,3 K para el Nb3Sn ) , lo que introduce la posibilidad de usarlo a 10-20 K en imanes sin criógeno o quizás eventualmente en hidrógeno líquido. [ cita requerida ] Sin embargo, el MgB2 está limitado en el campo magnético que puede tolerar a estas temperaturas más altas, por lo que se requiere más investigación para demostrar su competitividad en aplicaciones de campo más alto.
La exposición de materiales superconductores a un campo magnético breve puede atrapar el campo para su uso en máquinas como generadores. En algunas aplicaciones podrían reemplazar a los imanes permanentes tradicionales. [14] [15] [16]