La electricidad que viaja sin resistencia

Los superconductores de alta temperatura, pese a que los f¨ªsicos no saben a¨²n c¨®mo explicar el hecho de que estos materiales no opongan resistencia al paso de la electricidad, empiezan a tener aplicaciones pr¨¢cticas. Los expertos ensayan ahora su utilizaci¨®n en una red el¨¦ctrica, donde se sustituyen los cables de cobre por nuevos cables superconductores.

Los t¨¦cnicos crean aplicaciones, aunque los f¨ªsicos no pueden explicar su propiedad

Quince a?os despu¨¦s de su descubrimiento, los superconductores de alta temperatura no han alcanzado sus m¨¢s grandiosas proyecciones de uso, como los trenes de alta velocidad que avanzar¨ªan, sin tocar el suelo, sobre imanes superconductores. Pero los materiales, capaces de transportar la electricidad pr¨¢cticamente sin resistencia a temperaturas relativamente altas, han encontrado nichos importantes en el mundo real.

Recientemente, unos trabajadores han sacado nueve cables de los conductos subterr¨¢neos de una subcentral el¨¦ctrica de Detroit (EE UU) para poder reemplazarlos por los primeros cables superconductores de alta temperatura en una red de energ¨ªa el¨¦ctrica en funcionamiento. Los tres nuevos cables contienen s¨®lo 113,4 kilos de material superconductor, pero podr¨¢n transportar tanta corriente como los 8.100 kilos de cobre de los nueve cables a los que sustituyen. Cambiar los cables de cobre por superconductores dentro de los conductos existentes podr¨ªa triplicar su capacidad energ¨¦tica sin necesidad de molestas y caras excavaciones.

Los superconductores de alta temperatura se usan ya para mejorar la recepci¨®n de se?ales en las torres de tel¨¦fonos m¨®viles y para pruebas sensibles en equipo magn¨¦tico. Quiz¨¢ lo siguiente sean motores el¨¦ctricos eficaces. Los t¨¦cnicos han desarrollado estas aplicaciones aun a pesar de que los f¨ªsicos siguen sin poder explicar por qu¨¦ los superconductores de alta temperatura lo son.

'No entendemos la f¨ªsica, el mecanismo', comenta Greg Yurek, presidente de American Superconductor, una de las empresas del proyecto de Detroit. 'Pero funciona. Ah¨ª est¨¢'.

El f¨ªsico holand¨¦s Heike Kamerlingh Onne descubri¨® la superconductividad en 1911, cuando enfri¨® mercurio a -233,3 grados cent¨ªgrados, unos 7,5? por encima del cero absoluto, y toda la resistencia al flujo de electricidad desapareci¨®. Pero la f¨ªsica de los superconductores de baja temperatura fue un misterio hasta que John Bardeen, Leon N. Cooper y John R. Schrieffer, desarrollaron una teor¨ªa, conocida como BCS, en los a?os cincuenta.

Normalmente, la electricidad viaja a trav¨¦s del metal como una corriente de electrones. Al luchar contra la red de ¨¢tomos de metal, los electrones pierden parte de su energ¨ªa, y la vibraci¨®n se extiende y se disipa en forma de calor. La teor¨ªa de BCS afirma que en un superconductor suficientemente enfriado, los electrones con carga negativa, que normalmente se repelen entre s¨ª, forman una especie de atracci¨®n indirecta. Un electr¨®n con carga negativa atrae hacia s¨ª a los iones de metal con carga positiva, lo que genera una vibraci¨®n que avanza por la red de metal. Este grupo de iones positivos atrae un segundo electr¨®n, que recibe entonces un impulso de la red vibrante. Los pares de electrones resultantes (pares de Cooper) viajan por el metal sin resistencia.

Pero durante d¨¦cadas nadie encontr¨® superconductores que funcionasen por encima de los 42 grados sobre el cero absoluto. Finalmente, en 1986, George Bednorz y K. Alex Muller descubrieron un nuevo tipo de superconductores obtenidos a partir de cer¨¢micas ex¨®ticas. Aunque los materiales eran muy malos conductores a temperatura ambiente, vieron que eran superconductores a temperaturas de hasta 63 grados por encima del cero absoluto. Despu¨¦s se crearon variaciones que aumentaban la temperatura de superconducci¨®n hasta 138 grados por encima del cero absoluto. Sigue siendo una temperatura muy baja, pero se alcanza con nitr¨®geno l¨ªquido en lugar de helio, que es m¨¢s caro.El techo superior de temperaturas superconductoras se estanc¨® hace una d¨¦cada en unos 220 grados sobre el cero absoluto, -115? cent¨ªgrados. Estos superconductores de alta temperatura no se adaptan a la teor¨ªa BCS y los te¨®ricos todav¨ªa no han ideado una alternativa.La mayor¨ªa de los cient¨ªficos creen que los pares de Cooper se forman en los superconductores de alta temperatura, pero las interacciones magn¨¦ticas sustituyen a las vibraciones de la teor¨ªa BCS. As¨ª, los electrones se pueden considerar como imanes alineados uno al lado del otro, pero sin tocarse. Los materiales son planos de ¨¢tomos de cobre separados por ¨¢tomos de ox¨ªgeno y elementos como itrio, bismuto, bario y lantio.

Los obst¨¢culos de dise?o tambi¨¦n atenuaron el optimismo del principio. En los conductores de alta temperatura, la corriente no fluye de manera uniforme en todos los sentidos, como lo hace en los simples compuestos met¨¢licos, y eso los hace inadecuados para algunas aplicaciones.

Pero directivos de American Superconductor predicen que en los pr¨®ximos a?os se abrir¨¢ un mercado para su hilo superconductor, que se utilizar¨¢ para cables y motores el¨¦ctricos m¨¢s ligeros y m¨¢s peque?os que los normales. La empresa fabrica ahora unos 483 kil¨®metros de hilo superconductor al a?o; cuando abra su nueva planta fabricar¨¢ anualmente 9.600 kil¨®metros de cable.

Pirelli Cables and Systems, de Mil¨¢n, uni¨® los cables de American Superconductor a los cables el¨¦ctricos usados en el proyecto Detroit Edison. Los cables el¨¦ctricos avanzar¨¢n por 1.720 metros de conductos subterr¨¢neos, incluyendo un par de giros de 90 grados, desde un transformador hasta el equipo de distribuci¨®n que est¨¢ en la subcentral.

El proyecto, que cuesta 13,9 millones de d¨®lares (16,3 millones de euros), ser¨¢ una significativa prueba para las tecnolog¨ªas desarrolladas para transformar en cables flexibles los superconductores de alta temperatura, que son por naturaleza duros y r¨ªgidos. El nitr¨®geno l¨ªquido avanzar¨¢ por el centro de los cables para mantenerlos a una temperatura de -169,4 grados cent¨ªgrados. La l¨ªnea el¨¦ctrica se probar¨¢ durante un a?o antes de entrar en servicio y suministrar electricidad a 14.000 clientes.

La idea de introducir l¨ªneas el¨¦ctricas superconductoras tiene d¨¦cadas, pero antes de que se produjeran los ¨²ltimos avances era demasiado caro ponerla en pr¨¢ctica. Con los superconductores de alta temperatura, los costes de enfriado se reducen mucho, pero debido a las p¨¦rdidas provocadas por la corriente alterna los cables del proyecto de Detroit Edison no significar¨¢n un ahorro de energ¨ªa en comparaci¨®n con los antiguos cables de cobre. Cuestan varias veces m¨¢s que los de cobre, pero llevan mucha m¨¢s corriente y ser¨¢n ¨²tiles en las zonas donde es costoso taladrar para meter nuevos conductos.

? The New York Times.