Energirevolusjonen uteble. I 25 år har verden manglet bruksområder for sensasjonen "høytemperatur-superledere". Nå har to SINTEF-forskere brutt barrieren.

Oppdagelsen av høytemperatur-superledere resulterte i en Nobel-pris i fysikk i 1987. Nå har verden også fått noe å bruke de tapsfrie strømlederne til – takket være to norske forskere som onsdag fikk en europeisk "innovasjons-Oscar" for sitt pionerarbeid.

Oppdagelsen av høytemperatur-superledere i 1986 resulterte i en Nobel-pris i fysikk året etter – pluss spådommer om en energirevolusjon. Vi skulle få tapsfri kraftoverføring og tog som svevet over skinnene ved hjelp av sterke magnetfelt. Blant mye annet.

Men først nå, et kvart århundre seinere, kommer et bruksområde som det er blitt noe av. Barrieren er brutt av de nå prisbelønte forskerne Magne Runde og Niklas Magnusson ved SINTEF Energi.

Sparer strøm i aluminium- og kobberindustrien

Superledende materialer leder strøm helt uten motstand. Men materialene må kjøles kraftig ned for å få slike egenskaper.

Høytemperatur-superledere krever mindre kjøling. Ved å utnytte slike materialer, har SINTEF-duoen Runde/Magnusson utviklet industriprosesser som sparer energi i kobber- og aluminiumindustrien.

Dette har nå gitt de to forskerne en prestisjetung europeisk innovasjonspris. Prisen ble utdelt i Brussel onsdag kveld, 7. desember, av den øverste administrativt ansvarlige for EU-kommisjonens forskningsvirksomhet, nederlenderen Robert-Jan Smits.

Prisutdeling i Brussel

Innovasjonsprisen er innstiftet av Den europeiske organisasjonen for forskningsinstitutter, EARTO. 350 institusjoner som utfører oppdragsforskning og teknologioverføring for næringsliv, interesseorganisasjoner og offentlig sektor utgjør medlemsstokken i EARTO.

Kandidater fra seks av medlemsinstitusjonene var nominert til en plass i finalen.

Havmøller neste?

– Superledende materialer gir muligheter for å tenke på helt andre måter når man designer og bruker elkrafttekniske komponenter. I et lengre tidsperspektiv kan høytemperatur superledere derfor få stor betydning og en bred anvendelse , sier de to prisvinnerne.

– Hvor er det neste bruksområdet der verden kan få glede av høytemperatur superledere?

– Kanskje store havvindmøller. For vår teknologi er egnet til å redusere vekt og volum på utstyr som produserer elektrisitet, svarer de to seniorforskerne.

Revolusjonen som uteble

Den patenterte oppfinnelsen som SINTEF-forskerne fikk prisen for, springer ut av historien om en varslet energirevolusjon – som uteble.

Superledning er et fysisk fenomen som gjør at enkelte materialer (metaller, legeringer og keramiske stoffer) leder strøm helt uten motstand.

Effekten opptrer ved lave temperaturer. En god stund trodde fysikerne at man måtte ned i temperaturer nær det absolutte nullpunkt på 273 minusgrader for å få strømmen til å bevege seg uten energitap. Forskerne som forklarte hvorfor det så ut til å være slik, fikk Nobel-prisen i 1972.

Men mange fortsatte å drømme videre om materialer der de kunne oppnå superledning ved mer praktisk anvendelige temperaturer.

Nobelpris – for andre gang

Gjennombruddet kom i 1986 da sveitseren Karl Müller og tyske Georg Bednorz ved IBM Research Division i Zürich fant materialer der de klarte å skape superledning ved 35 Kelvin – minus 238 grader Celsius. I 1987 fikk de sin Nobel-pris.

Da hadde forskningskappløpet alt brakt den magiske temperaturterskelen til over 77 Kelvin – minus 196 grader Celsius, kokepunktet for nitrogen.

Bølge av optimisme

Materialene fikk navnet høytemperatur-superledere. Spranget opp fra nær 273 minusgrader gjorde det nå mindre energikrevende å kjøle superledere. Fysikere verden over spådde at den nye oppdagelsen var starten på en energirevolusjon som blant annet skulle gi oss tapsfri kraftoverføring og svevetog.

Men de praktiske anvendelsene uteble. Helt til en langt mer prosaisk ide begynte å formes i to hoder i Trondheim mange år seinere.

Inn i metallindustrien

Takket være teknologi som SINTEF-forskerne Magne Runde og Niklas Magnusson har utviklet, brukes høytemperatur superledere i dag ved en håndfull fabrikkanlegg i kobber- og aluminiumindustrien på Kontinentet.

Utgangspunktet er et superledende materiale som kjøles ned til rundt 200 minusgrader.

Rundt dette har SINTEF utviklet en ny generasjon induksjonsovner. Ovnene varmer opp aluminium- og kobberemner før disse skal presses til profiler og bli til varetyper som omgir oss over alt – alt fra lysarmatur til vindusrammer.

Trodde ikke på "energirevolusjon"

Optimismen var stor blant mange fysikkforskere da høytemperatur superledere ble oppdaget i 1986. Men ikke alle delte denne.

– Jeg er utdannet fysiker jeg, også. Men jeg trodde ikke på den energirevolusjonen mange spådde at funnet fra 1986 ville åpne for, sier SINTEF-forsker Magne Runde.

Det trengs nemlig mye energi til nedkjølinga, selv om minus 200 ikke er like kaldt som minus 273.

– Så vinninga av den tapsfrie strømtransporten går raskt opp i spinninga dersom du ikke finner bruksområder der de nåværende energitapene er spesielt store. For eksempel har elektriske kabler og transformatorer et veldig lavt energitap i utgangspunktet, ofte under en prosent av effekten som passerer gjennom, sier Runde.

Fant et behov

Gjennom et SINTEF-prosjekt i 1996 fikk den nåværende seniorforskeren befatning med den delen av aluminiumindustrien som produserer profiler. Han fikk vite at de tradisjonelle induksjonsovnene der i gården har et energitap på rundt 50 prosent!

Da satte han snøballen i bevegelse.

Aluminium i fokus

I 2001 fikk han Niklas Magnusson med på SINTEF-laget, som post.doc-stipendiat. Det fikk snøballen til å rulle enda raskere, ifølge Runde.

Etter innledende arbeid for SINTEF-midler, utarbeidet de en patentsøknad i år 2003. Den beskrev en ny type induksjonsovner som var basert på superledere og som skulle brukes i produksjonen av aluminiumprofiler.

Fabrikker med gigantiske ”kakesprøyter”

Induksjonsovnen som SINTEF-duoen har patentert – med superledere innbakt – brukes i fabrikker som går under betegnelsen pressverk. I disse anleggene finner du en slags gigantiske ”kakesprøyter”, der ”kremen” består av kobber- eller aluminiumlegeringer – støpt ut i form av massive, sylinderformede emner.

Produkter til min og din hverdag

Ut gjennom formingsvektøyet i enden av ”kakesprøyta”, presses profiler av alle typer og størrelser. De omgir oss nær sagt over alt. Aluminium som har passert gjennom pressa i et pressverk, kan du finne igjen i lysarmaturen over hodet ditt, i frontpanelet på radioen din eller som vindusrammer.

Men før forvandlingen i pressa, må aluminiumemnene varmes opp til 450-500 grader for å bli formbare.

Til dette brukes induksjonsovner. SINTEFs løsning har lagt grunnlaget for en ny – og mer energigjerrig – generasjon av disse ovnene. Takket være bruken av superledere.

Tysk leverandør

Den tyske firmagruppen Zenergy Power Gmbh fikk i 2007 rettighetene til å utnytte SINTEF-patentet på lisensbasis. Så langt har den tyske produsenten sammen med selskapet Bültmann solgt fem av de nyutviklede ovnene til metallindustri på Kontinentet.

Den første ovenen har vært i bruk siden 2008 og har siden da varmet opp 15 000 tonn aluminium.

Barberer strømregninga

I de SINTEF-utviklede induksjonsovnene sparer superlederne store mengder elektrisitet. Nok til å barbere strømregninga med en million kroner i året hos en enkelt produsent av aluminiumprofiler!

– Dette høres kanskje ikke ut som noe kjempebeløp. Men marginene er presset i pressverkene. Og da monner besparelser på en million kroner i året også litt. Men enda viktigere er det nok at dette viser at superlederteknologi har noe å tilby industrien – en ny tankemåte for design og bruk av elkrafttekniske komponenter, sier Magne Runde og Niklas Magnusson.

Først i verden

Trasisjonelle superledere har lenge vært brukt blant annet i medisinske MR-maskiner og i partikkelakseleratorer, som i det berømte CERN-laboratoriet i Geneve.

Men Magne Runde forklarer at selv de mest moderne av disse installasjonene bruker elektriske ledere som kjøles helt ned til minus 269 grader Celcius eller lavere. I disse anvendelsene er magnetfeltet såpass kraftig at høytemperatur superledere ikke er så godt egnet.

– Vi redder ikke verden med løsningen vår. Like fullt er vi de første som har utviklet et bruksområde for høytemperatur superledere som det er blitt noe av. Og vi synes jo det er litt artig, da, når folk kommer til oss og sier ”How big is your group?” For svaret at vi er to mann. Og at vi bare jobber superledere på deltid, sier Magne Runde og Niklas Magnusson, begge seniorforskere ved SINTEF Energi.

(Kilde: Sintef)

Kommentarer