Die Supra­leiter­technologie – was steckt dahinter?

Im Zuge der notwendigen Energiewende ist es heute und in Zukunft zunehmend notwendig, neben der grundsätzlichen Umstellung auf ressourcenschonende Verfahren, den gesamten Prozess von der Energieerzeugung bis zum Verbraucher möglichst nachhaltig zu gestalten und damit die Treibhausgasemissionen zu minimieren. Dazu gehört zum einen die effiziente Gestaltung von Umwandlungsprozessen, zum Beispiel bei der Erzeugung elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen oder bei innovativen Antriebskonzepten. Zum anderen sind in diesem Zusammenhang Themen wie die Minimierung von Verlusten beim Stromtransport und der Energiespeicherung sowie die notwendige Stabilisierung der Netze untrennbar mit Effizienzfragen verbunden.

Eine Technologie, die im Hinblick auf die oben beschriebenen Punkte großes Potenzial hat, ist die Supraleitertechnologie. Im Netzwerk SupraHEET (Supraleitende HochEffiziente Energietransformation) wollen die beteiligten Partner die genannten Potenziale nutzen und vorantreiben.

Was ist die Supraleitertechnologie?

Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand bei Unterschreiten der so genannten Übergangstemperatur schlagartig gegen Null geht. Kabel auf Supraleiterbasis können Strom verlustfrei transportieren, wenn sie durch geeignete Systeme auf ausreichend niedrige Temperaturen gekühlt werden. Die Stromdichte ist um ein Vielfaches höher als bei herkömmlichen Kabelmaterialien mit gleichem Querschnitt, wie Kupfer oder Aluminium. Zusammen mit der Tatsache, dass supraleitende Kabel im Gegensatz zu Standardkabeln nach außen hin elektromagnetisch und thermisch vollkommen neutral sind und die Umwelt in keiner Weise beeinträchtigen, stellt dies einen entscheidenden Vorteil supraleitender Materialien dar. Bei reinen Übertragungsleitungen wirkt sich dies direkt auf den benötigten Bauraum und die Trassenbreiten aus. Supraleitende Generatoren und Motoren zeichnen sich durch ihre im Vergleich zu herkömmlichen Komponenten ausgeprägte Kompaktheit und damit verbundene Gewichtsersparnis aus.

Das Netzwerk SupraHEET – Ziele

Ziel des Netzwerks ist die Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen im Bereich der Supraleitertechnologie, insbesondere im Hinblick auf Synergieeffekte durch den Einsatz von flüssigem Wasserstoff LH2 als Kühlmittel und als speicherbarer Energieträger. Konkret ist zunächst geplant, Komponenten für die Gleichstromanbindung eines Rechenzentrums zu entwickeln, kombiniert mit der Nutzung des Kühlmediums für die Klimatisierung der Infrastruktur.

Dabei stehen neben der Entwicklung und Optimierung der speziellen Supraleiter-Komponenten auch die Anforderungen an das Kühlsystem (z.B. Energiebedarf, Dichtheit, Lebensdauer, Zusammenspiel von Kühl-, Speicher- und Leitungsfunktionen) im Vordergrund. Spezifische Entwicklungsarbeiten für eine schnelle Sicherheitsdiagnose sind ebenfalls erforderlich, da Supraleiter kurze thermische und elektrische Zeitkonstanten haben und Überlastsituationen in Echtzeit erkannt werden müssen. Ebenso wird das Thema Energiemanagement und die Entwicklung einer geeigneten Steuerung des Energie- und Kühlmittelflusses eine nicht unerhebliche Rolle spielen, wenn es um die effiziente Nutzung und Verteilung der verfügbaren Energie geht.

Die Steigerung des Wirkungsgrads von Generatoren, z. B. in Windkraftanlagen, wird ein Schwerpunkt der Arbeit des Verbunds sein. Dies erfordert die Entwicklung von fortschrittlichen Supraleiterwerkstoffen und neuen Spulengeometrien. Verschiedene Neuentwicklungen einzelner Komponenten werden in Betracht gezogen, insbesondere im Hinblick auf die Umstellung des Kühlsystems auf Stickstoff oder Wasserstoff als Kühlmittel.

Der Transfer von Know-how und Ergebnissen aus dem Bereich der erzeugenden Energiewandlung (z.B. Windgeneratoren) in den Bereich der Antriebe und Motoren wird berücksichtigt, um die Supraleitertechnologie in Schiffsantrieben, in hochdynamischen supraleitenden Industrieantrieben oder im Schienen- bzw. Schwerlast-Straßenverkehr voranzutreiben. Grundsätzlich will das Netzwerk dazu beitragen, Entwicklungsergebnisse aus einem Anwendungsbereich durch Skalierung der beteiligten Komponenten auf andere Bereiche zu übertragen.

Daten & Fakten des Netzwerkes

  • Start: 01. Oktober 2021
  • Laufzeit: bis 31. März 2023
  • Förderung: 218.500€
  • Nationale Projektpartner:
    • ERT Refrigeration Technology GmbH
    • KIT Karlsruhe Institute for Technology
    • Konstandin GmbH
    • Krämer Energietechnik GmbH
    • SkyWind GmbH
    • Sumitomo Cryogenics of Europe GmbH
    • Vision Electric Super Conductors GmbH
  • Internationale Projektpartner:
    • Advanced Electromagnetics (Niederlande)
    • Delmeco Group B.V. (Niederlande)
    • Mark & Wedell (Dänemark)
    • Subra S/A (Dänemark)
    • TNO Energy Transition (Niederlande)
    • University of Twente (Niederlande)

Unterstützung durch EurA

Mit über 90 etablierten nationalen und internationalen Zusammenschlüssen von Unternehmen und Forschungseinrichtungen ist EurA Marktführer bei Technologienetzwerken. EurA entwickelt und managet verschiedenste Unternehmensnetzwerke, in welchen die Partner gemeinsam im Verbund Lösungen für aktuelle und zukünftige Herausforderungen entwickeln.  

Wir sind weiterhin auf der Suche nach Partnern für das Netzwerk SupraHEET, welche in den oben genannten Feldern Anknüpfungspunkte haben!                                                     

Bei Fragen oder Interesse rund um das Netzwerk SupraHEET dürfen Sie uns jederzeit kontaktieren!

 

Autorin: Joke Brodersen

Dr. Knut Behnke

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