Supraleitung für lange Strecken

Erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne oder Wasser haben einen immer größeren Anteil an der Stromerzeugung. Doch liegen dicht besiedelte Gebiete mit hohem Energiebedarf oft weit entfernt von den Orten, an denen sich der Strom wirtschaftlich erzeugen lässt. Eine mögliche Alternative, die langen Strecken zu überbrücken, bieten supraleitende Kabel: Sie leiten den Strom bei hinreichend tiefen Temperaturen nahezu verlustfrei. Ein Forscherteam am CERN hat nun den Prototyp eines supraleitenden Kabels getestet, das Strom mit einer beachtlichen Stärke von 20 Kiloampere führen kann.

Ein dunkles, mehrere Meter langes Rohr, das auf rollbaren Stützen in einer Versuchshalle aufgebaut ist. Am vorderen Ende ist es an eine Kühlstation angeschlossen.
Prototyp eines supraleitenden Stromkabels

„Dies ist ein echter Durchbruch. Zum ersten Mal haben wir ein reales Kabel, das eine praktische Möglichkeit bietet, große Mengen an elektrischer Energie über lange Strecken zu übertragen. Es nutzt ein relativ einfaches technisches Design mit günstigen und leicht verfügbaren Materialien“, freut sich Carlo Rubbia, Nobelpreisträger und wissenschaftllicher Direktor am Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam. Ziel seiner Kooperation mit dem CERN war es, das Potenzial von Magnesiumdiborid zur Stromübertragung zu testen. Die  supraleitende Eigenschaft dieses Materials wurde erst im Jahr 2001 entdeckt.

Die getestete Konfiguration besteht aus zwei sehr dünnen, 20 Meter langen Kabeln, die in Serie geschaltet sind und mit Gleichstrom betrieben werden. Sie werden im Inneren eines Kühlmantels mit gasförmigem Helium auf die für Supraleitung notwendige Temperatur von etwa 24 Kelvin gekühlt. Im Test konnten die Forscher bei einer Stromstärke von 20 Kiloampere eine gute und gleichförmige Übertragung auf der Leitungsstrecke messen. Die auf Magnesiumborid basierende Kabelinstallation einschließlich Kühlmantel benötigt einen Durchmesser von rund dreißig Zentimeter. Ihr Platzbedarf ist also etwas größer als der von Erd- und Seekabeln für die herkömmliche Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), deren Durchmesser zwischen fünf und zwanzig Zentimeter liegt.

Das supraleitende Kabel kann unterirdisch verlegt werden und problemlos Übertragungskapazitäten von zwei bis zehn Gigawatt oder mehr erreichen, so die Forscher. Die notwendigen Kühlstationen könnten in regelmäßigem Abstand errichtet werden, vergleichbar mit den Verdichterstationen des Erdgasnetzes. Die Betriebsspannung ließe sich dann für eine optimale Leistung anpassen. Zum Vergleich: Die aktuell geplante Gleichstromtrasse „Sued.Link“ soll Windstrom mit einer Kapazität von vier Gigawatt von Nord- nach Süddeutschland transportieren – über eine Strecke von rund 800 Kilometern. Über eine solche Entfernung treten durch den elektrischen Widerstand Verluste von mehreren Prozent in der übertragenen Leistung auf.

Erste Schätzungen zeigen, dass die Investitionskosten für supraleitende Stromkabel aus Magnesiumdiborid geringer sein können als für Standard-HGÜ-Kabel. Ein Grund hierfür ist der niedrige Materialpreis im Vergleich zu Kupfer. Zudem lässt sich Magnesiumdiborid mit weniger Aufwand herstellen. In den kommenden Wochen sind am CERN weitere, umfangreiche Tests des Prototyps geplant.