Esperanzas de 'superelectricidad'

Transportar sin p¨¦rdidas corrientes el¨¦ctricas 10 veces superiores a las que circulan por los cables de cobre -la llamada superelectricidad- es la principal esperanza de los cient¨ªficos que trabajan con materiales superconductores. Pero es una esperanza que se resiste a llegar a la vida diaria. Para convertirla en realidad se conf¨ªa en los superconductores de altas temperaturas, denominados as¨ª por oposici¨®n a los de bajas temperaturas, una distinci¨®n que demuestra que la ciencia no est¨¢ exenta de humor: los primeros son cer¨¢micas con resistencia cero a la electricidad si son enfriadas a -183? nada menos; los segundos son aleaciones met¨¢licas que tambi¨¦n lo consiguen pero a una cota todav¨ªa m¨¢s g¨¦lida, -269?.

Los investigadores proponen trampas nanosc¨®picas para detener los torbellinos

Las propiedades de las cer¨¢micas fueron descubiertas en 1986 por J. Georg Bednorz y K. Alex M¨¹ller, y generaron grandes expectativas: si hay que enfriar menos un superconductor, tambi¨¦n es menos costosa su utilizaci¨®n. Ambos cient¨ªficos ganaron el premio Nobel de F¨ªsica al a?o siguiente -1987- con una rapidez no habitual. Sin embargo, cuando se cumplen dos d¨¦cadas de este hito cient¨ªfico, no hay muchas aplicaciones para los superconductores de altas temperaturas -excepto los aparatos de resonancia magn¨¦tica para diagn¨®stico m¨¦dico- .

A pesar de las dificultades, equipos de todo el mundo, entre ellos uno espa?ol del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, perteneciente al CSIC, trabajan en la primera l¨ªnea de investigaci¨®n para hacer realidad alg¨²n d¨ªa, m¨¢s pronto que tarde, la superelectricidad. Dos miembros de este equipo, Xavier Obradors y Teresa Puig, acaban de dar un nuevo paso hacia la conversi¨®n de las cer¨¢micas superconductoras en una fuente de energ¨ªa accesible. Junto a un antiguo doctorando, Jordi Figueras, han publicado en la revista Nature Physics un art¨ªculo en el que se demuestra que pueden generar campos magn¨¦ticos muy superiores a los alcanzados hasta ahora, y adem¨¢s estos campos magn¨¦ticos podr¨¢n ser accesibles a temperaturas tambi¨¦n superiores.

La superconductividad permite transportar la energ¨ªa el¨¦ctrica sin p¨¦rdidas y, consecuentemente, generar elevad¨ªsimos campos magn¨¦ticos. Y los superconductores de altas temperaturas, las cer¨¢micas, son el material adecuado para reducir el coste tecnol¨®gico cara a su uso masivo. ?Qu¨¦ ha dificultado entonces su puesta en pr¨¢ctica? "Lo que ha pasado es que esta nueva superconductividad, la de altas temperaturas, es una disciplina con propiedades tan singulares que incluso la f¨ªsica te¨®rica desconoce todav¨ªa hoy por qu¨¦ se produce", explica Puig, quien remacha: "Tenemos superconductores pero no sabemos por qu¨¦ lo son". A este problema b¨¢sico se ha unido despu¨¦s una dificultad t¨¦cnica: cuando dichos materiales se someten al paso de la corriente el¨¦ctrica, ¨¦sta pasa a trav¨¦s de ellos formando unas estructuras conocidas en la naturaleza con el nombre de v¨®rtices, las cuales pueden hacerles perder sus propiedades.

El v¨®rtice m¨¢s conocido de la naturaleza es el ojo de un hurac¨¢n y el m¨¢s habitual en nuestra vida diaria es el que forma el agua desliz¨¢ndose por el agujero de un lavabo. Ambos son torbellinos huecos que se originan en un fluido en movimiento. La estructura de v¨®rtice se da tambi¨¦n en grandes formaciones, como las formaciones helicoidales de algunas galaxias, y en escalas microsc¨®picas. "Llevamos veinte a?os intentando comprender c¨®mo funcionan estos v¨®rtices en los superconductores de alta temperatura", explica Obradors.

Los v¨®rtices de corriente ocasionan problemas al desplazarse en el material, ya que pueden provocar disipaci¨®n de energ¨ªa. Para evitarlo, es necesario anclarlos y esto se consigue mediante la introducci¨®n de unos defectos de tama?o nanom¨¦trico en el material que impidan al torbellino seguir su curso. Se trata de una suerte de trampas nanosc¨®picas para detener a estos min¨²sculos ojos de hurac¨¢n.

Lo que han definido ahora Puig y Obradors es una nueva regi¨®n de temperatura m¨¢s alta y campo magn¨¦tico m¨¢s elevado en la que la introducci¨®n de estas trampas cazav¨®rtices puede permitir mantener las propiedades superconductoras. Ese espacio ganado para el paso de la electricidad lo han detectado en una cer¨¢mica superconductora muy usada, la que entre los cient¨ªficos se conoce popularmente como ybacuo (ytrio, bario y ¨®xido de cobre). Al aumentar el rango de temperaturas ¨²tiles, se reduce un poco m¨¢s el costoso problema de su refrigeraci¨®n. "Nuestra contribuci¨®n es intentar conocer hasta qu¨¦ valor de campo magn¨¦tico el superconductor puede ser ¨²til", remarca Obradors.

El objetivo es pasar de enfriarlo con helio l¨ªquido, m¨¢s refrigerante pero tambi¨¦n muy caro de procesar y de mantener, a hacerlo con nitr¨®geno l¨ªquido, menos potente pero mucho m¨¢s econ¨®mico. Las aplicaciones son claras: "El reactor de fusi¨®n nuclear ITER funcionar¨¢ con imanes superconductores; si consigui¨¦ramos que ¨¦stos trabajaran a temperaturas m¨¢s altas, el reactor valdr¨ªa la mitad y gastar¨ªa la mitad durante sus 20 a?os de vida, y eso son diferencias de miles de millones de euros", explican los cient¨ªficos. Otro ejemplo: EE UU se plantea reducir el peso de los motores de sus buques utilizando en ellos la generaci¨®n y transmisi¨®n por superconductores.

Sin embargo, donde mayores esperanzas se depositan es en la superelectricidad que permitir¨ªa mejorar enormemente la eficiencia en la generaci¨®n, transporte y uso de la energ¨ªa el¨¦ctrica, con la consiguiente disminuci¨®n de las emisiones de gases de efecto invernadero. "Nos ahorrar¨ªamos muchas toneladas de gases vertidos a la atm¨®sfera", explican los cient¨ªficos.

"Una de las formas de ahorrar energ¨ªa es necesitar menos", insiste Obradors. En el actual contexto de subida sostenida de los precios del petr¨®leo, esta afirmaci¨®n no pasa desapercibida. Obradors recuerda que avanzar hacia tecnolog¨ªas superconductoras pr¨¢cticas, con la consiguiente disminuci¨®n de p¨¦rdidas en la red, ser¨ªa m¨¢s f¨¢cil si las compa?¨ªas el¨¦ctricas dejasen de ser uno de los sectores que menos invierten en investigaci¨®n y desarrollo: "Apenas dedican un uno por mil de sus beneficios a la investigaci¨®n, frente al 5-8 % de las empresas farmac¨¦uticas".

El art¨ªculo lo firman tambi¨¦n cient¨ªficos de universidades y laboratorios de Chicago (EE UU.), y un f¨ªsico te¨®rico israel¨ª, que ha colaborado en la demostraci¨®n de que el principio descubierto se basa en propiedades universales del ybacuo, y, por tanto, tiene validez general.

El Instituto de Ciencia de Materiales lidera en la actualidad un proyecto europeo de investigaci¨®n en superconductores llamado Hiperchem, con un presupuesto de 4 millones de euros, de los cuales la mitad son pagados por la UE. Su objetivo es producir cables superconductores de bajo costo, basados en barnizar una base met¨¢lica con un recubrimiento que tenga estas propiedades.