Energie ohne Verluste: Supraleitung für stabile Netze

Supraleiter spielen eine wichtige Rolle in der Speicherung von Energie, insbesondere durch supraleitende magnetische Energiespeicher (SMES). Diese Systeme speichern elektrische Energie in einem starken Magnetfeld, das von einem supraleitenden Magneten erzeugt wird. Vorteile sind die hohe Effizienz von 90-97 %, die sofortige Verfügbarkeit der Energie und die unbegrenzte Speicherdauer, solange die Kühlung aufrechterhalten wird. Der Einsatz dieser Technologie ermöglicht die Speicherung sehr hoher Energiemengen in kompakten Einheiten, die bei Bedarf schnell abgerufen werden könnten. 

Dies könnte die Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz verbessern und die Stabilität der Energieversorgung erhöhen, insbesondere bei schwankenden Erzeugungsbedingungen. Allerdings erfordern SMES eine aufwendige Kühlung auf sehr tiefe Temperaturen und sind kostspielig. Daher gibt es theoretische Ansätze, die Kosten zu senken, indem z.B. die Speicherkapazität skaliert wird. Durch die Entwicklung größerer SMES-Anlagen mit Speicherkapazitäten von 1-2 MWh, statt der derzeitigen 55,6 Wh, könnten die Kosten pro gespeicherte Energieeinheit gesenkt werden. Weitere Möglichkeiten bieten Serienanfertigung und eine weitere Verbesserung der Materialien.   

Supraleiter spielen eine entscheidende Rolle im Large Hadron Collider (LHC), dem leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt. Die supraleitenden Magnete des LHC, die aus einer Niob-Titan-Legierung bestehen, erzeugen Magnetfelder von bis zu 8 Tesla, die für die Ablenkung der Teilchenstrahlen auf ihrer Kreisbahn notwendig sind. Ohne diese supraleitenden Magnete wäre der LHC-Ring 120 km lang anstatt der jetzigen 27 km und es würde rund vierzigmal mehr elektrische Energie benötigt werden.

Supraleiter lassen sich im Bereich Transport aufgrund des Meißner-Ochsenfeld-Effekts einsetzen. Dieser beschreibt die Fähigkeit von Supraleitern, ein externes magnetisches Feld vollständig aus seinem Inneren zu verdrängen, wenn es in den supraleitenden Zustand übergeht. Das bedeutet, dass Supraleiter nicht nur als ideale Leiter, sondern auch als ideale Diamagneten fungieren. Eingesetzt wurde dieser Effekt bei der Magnetschwebebahn, deren Prototyp im Verkehrszentrum in München ausgestellt ist. Der “Supra-Gleiter” schwebt einige Zentimeter über einer Magnetstrecke und kann durch einen leichten Schubs in Bewegung gesetzt werden. In Japan und China gibt es bereits Pläne zur Umsetzung von Magnetschwebebahnen im öffentlichen Verkehr.

Supraleiter bieten in der Medizintechnik bedeutende Vorteile, insbesondere in der Magnetresonanztomografie (MRT). Sie ermöglichen die Erzeugung extrem starker Magnetfelder, die für hochauflösende Bilder von Weichgewebe und Tumoren entscheidend sind. Dies verbessert die Tumordetektion und -behandlung, da der Tumor präziser vom gesunden Gewebe abgegrenzt werden kann. Zudem erlaubt die Echtzeit-MRT-Bildgebung Anpassungen während der Strahlenbehandlung, wodurch die Therapie effektiver gemacht wird.