Supraleitung : Eiskalte Stromkabel sollen Energiewende voranbringen

Wissenschaftler am Cern finden ein preiswertes Material, das der Supraleitung zum Durchbruch verhelfen könnte.

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Ein Traum auf Blau. Auf den farbigen Stützen liegt das Hochleistungskabel. Gekühlt auf minus 250 Grad Celsius leitet es Strom fast verlustfrei. Nun sollen Tests im größeren Maßstab folgen.
Ein Traum auf Blau. Auf den farbigen Stützen liegt das Hochleistungskabel. Gekühlt auf minus 250 Grad Celsius leitet es Strom fast...Foto: Cern

Mit der Energiewende müssen neue Stromleitungen ins Land. Das ruft vielerorts Widerstand hervor, vor allem gegen die Freilandleitungen, die in weiten Bögen über die Landschaft gespannt werden sollen. Eine Alternative wären Erdkabel, doch die sind sehr teuer, die Kosten können rasch auf das Zehnfache einer Freilandleitung steigen. Schon lange tüfteln Forscher deshalb an supraleitenden Stromkabeln. Sie müssen zwar stark gekühlt werden, dann aber leiten sie Strom praktisch ohne Widerstand. Das spart Energie: Die Kraftwerksbetreiber müssen weniger Strom ins Netz speisen, um den Verbrauchern die gleiche Leistung anbieten zu können.

Lange Erfahrung mit der Technik

Zwar benötigt die Kühlung von Supraleitern auch Energie. Doch für einen Fall wie die Südlink-Trasse, die zwischen Nord- und Süddeutschland entstehen soll, würden die Energieverluste unterm Strich nur rund ein Zehntel der Einbußen bei Standardkabeln betragen, schätzt Stefan Stückrad vom Potsdamer Institut für Nachhaltigkeitsstudien (IASS). Gemeinsam mit Kollegen vom europäischen Kernforschungszentrum Cern in Genf haben die Potsdamer Wissenschaftler deshalb nun die praktische Anwendbarkeit von Supraleitern untersucht. Schließlich haben die Cern-Forscher seit vielen Jahren Erfahrung mit Kühlsystemen und Supraleitern, die sie für ihre Experimente an Teilchenbeschleunigern benötigen.

Mit dem erfolgreichen Test eines Prototyps eines supraleitenden Kabels gelang den Wissenschaftlern jetzt ein wichtiger Schritt. „Das Neue und Revolutionäre ist Magnesiumdiborid als Leitermaterial“, sagt Carlo Rubbia, Leiter des IASS. Der gebürtige Italiener hatte selbst lange am Cern geforscht und erhielt 1984 den Nobelpreis für seine Arbeiten in der Teilchenphysik. Mittlerweile hat er sich aber der Energieforschung zugewandt.

Magnesiumdiborid hat einige Vorzüge: Es ist chemisch einfach herzustellen, zu bearbeiten und benötigt keine teuren Grundstoffe, wie etwa die sogenannten Seltenen Erden. Das unterscheidet das Material von anderen Hochtemperatur-Supraleitern, wie sie etwa bereits in Essen in einem Pilotprojekt zur Stromübertragung eingesetzt werden.

Weniger Platzbedarf durch schmale Trasse

Wie teuer ein solches Kabel am Ende sein wird, lässt sich derzeit nicht genau sagen. Denn die Kosten pro Kilometer werden bei neuen Materialien voraussichtlich deutlich sinken, wenn die Technologie erst einmal etabliert ist. Die Werte hängen auch von der Länge und Kapazität der Trasse ab. Die Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass eine Magnesiumdiborid-Variante etwa bei der Südlink-Trasse rund zehn Prozent billiger sein sollte als bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung oder bei Hochtemperatur-Supraleitern. Sie sollte preislich auch mit Freilandleitungen konkurrieren können.

Außerdem wäre der Landschaftsverbrauch im Vergleich zu Freilandleitungen geringer. Während eine oberirdische Stromtrasse auf einer Breite von gut 100 Metern in die Landschaft schneidet, benötigt ein supraleitendes Erdkabel nur ungefähr fünf Meter – und damit nur halb so viel wie die wegen des größeren Materialbedarfs teureren konventionellen Erdkabel.

Gekühlt auf minus 250 Grad

Gleichwohl stellt ein Kabel aus Magnesiumdibromid hohe Anforderungen. Es muss auf minus 250 Grad Celsius gekühlt werden, was beispielsweise mit Wasserstoff gelingen kann. Die Kabel müssen sehr gut isoliert sein, um geringe Kühlverluste gegenüber dem Erdreich zu haben. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen den Kühlstationen größer halten und die Kühlung selbst wird billiger.

Wie weit die Kühlstationen auseinanderliegen, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Je nach den geografischen Beschaffenheiten und je nachdem, wie dick man die Wandstärke und den Druck des Kühlmittels wählt, müsste etwa alle 100 bis 300 Kilometer eine Kühlstation stehen, schätzen die IASS-Forscher. Die Infrastruktur zum Betrieb einer supraleitenden Stromtrasse sähe also ähnlich aus wie bei den Erdgaspipelines, bei denen auch alle paar hundert Kilometer Verdichterstationen notwendig sind, um dem abfallenden Druck in der Leitung entgegenzuwirken.

Von einer Serienproduktion ist man aber noch weit entfernt. „Wir werden jetzt von der Experimentalphase in die Pilotphase übergehen“, sagt Rubbia. Dazu wollen die Wissenschaftler gemeinsam mit der Industrie über die nächsten vier Jahre das Potenzial des neuen Werkstoffs im Rahmen eines Demonstrationsprojekts testen. Sollten sich die bisherigen Ergebnisse auch in größerem Maßstab wiederholen lassen, könnte die Stromversorgung der Zukunft ziemlich cool aussehen.

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