Wyobraź sobie futurystyczne miasta, gdzie latające taksówki przecinają niebo, a energia płynie bez strat – niczym w kultowych scenach z „Piątego Elementu,” gdzie Bruce Willis manewruje swoją żółtą latającą taksówką przez zatłoczone powietrzne arterie miasta, albo w „Łowcy Androidów,” z jego zapierającymi dech widokami neonowych wieżowców i unoszących się pojazdów.

Wizja takich miast jest dziś bliżej rzeczywistości niż kiedykolwiek, a prace nad nadprzewodnictwem mogą być kluczem do ich urzeczywistnienia.

Zasadnicze w tej rewolucji mogą być nie tylko nowe materiały, ale także dobrze znane urządzenia – transformatory.

Kadr z filmu Blade Runner 2049 (2017), reż. Denis Villeneuve © Warner Bros. Pictures

Nadprzewodnictwo: co już wiemy?

Nadprzewodnictwo, czyli zjawisko, w którym materiały przewodzą prąd bez żadnych strat, występuje zazwyczaj w skrajnie niskich temperaturach, bliskich zeru absolutnemu. W takim stanie elektrony mogą przemieszczać się bez oporu, co eliminuje straty energii i umożliwia wykorzystanie technologii, które dotychczas pozostawały w sferze science fiction. Naukowcy pracują nad tym, by osiągnąć nadprzewodnictwo w temperaturach, które pozwolą na praktyczne zastosowanie tego zjawiska w realnym świecie.

Już w 2018 roku naukowcy z Harvardu badali zagadkę wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa w miedzianach – materiałach, które mogłyby zrewolucjonizować przesył energii. Odkryli, że klucz do tego zjawiska może leżeć w sile wiązań chemicznych w warstwach miedzi i tlenu. Ta przełomowa teoria dała nowe spojrzenie na materiały zdolne do pracy w wyższych temperaturach, z potencjałem zastosowania w sieciach energetycznych przyszłości. Być może stoimy u progu technologii, która zbliży nas do świata bezstratnego przesyłu energii.

Tymczasem, zespół naukowców z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu dokonał przełomu, badając zachowanie elektronów w tzw. miedzianach – materiałach, które mogą mieć potencjał wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa.

Dzięki modelowaniu teoretycznemu udało się zrozumieć, że w odpowiednich warunkach elektrony poruszają się w specyficznych kierunkach, co ma kluczowe znaczenie dla stabilności nadprzewodnictwa. Obecne badania sugerują, że magnetyczne oddziaływania między elektronami mogą kreować wzorce ruchu, które są idealne do transportu prądu bez strat.

Kadr z filmu Piąty Element (1997), reż. Luc Besson © Gaumont Buena Vista International

Technologia Maglev i bezstratne sieci energetyczne

Jak to jednak wpływa na świat, który znamy?

Maglev to skrót od „magnetic levitation,” czyli magnetycznej lewitacji – technologii, która pozwala Technologia Maglev, oparta na zjawisku lewitacji magnetycznej, działa dzięki specjalnym torom wyposażonym w magnesy, które odpychają się od siebie, unosząc pociąg nad powierzchnią toru.

Jak to działa? System wykorzystuje elektromagnesy zawieszenia i napęd zintegrowany w torach, a szyny prowadzące po bokach stabilizują ruch pociągu, utrzymując go precyzyjnie w torze. Wynikiem jest niemal bezgłośny transport, który imponuje efektywnością i szybkością.

Dzięki temu rozwiązaniu pojazd nie styka się z torami, co eliminuje tarcie, umożliwiając rozwijanie zawrotnych prędkości. Ta technologia obiecuje transport przyszłości, umożliwiając szybkie i płynne podróże w dużych miastach i między nimi.

Technologia Maglev, sięga początków lat 60., kiedy niemiecki naukowiec Eric Laithwaite opracował koncepcję kolei unoszącej się nad torami. Miało to na celu zredukowanie tarcia do minimum. Jednak to dopiero dekady później, w 1984 roku, w Birmingham w Wielkiej Brytanii otwarto pierwszą, krótką trasę Maglev, dając przedsmak tego, co możliwe.

Choć pierwsze próby praktycznego zastosowania miały miejsce w latach 80’, to dopiero od 2003 roku trasa Maglev w Szanghaju pozwala mieszkańcom pokonywać 30 km w niecałe 8 minut.

Zdjęcie autorstwa Remko Tanis © maglev.net

Dziś pociągi Maglev unoszą się nad torami dzięki magnetycznej lewitacji i rozwijają prędkości powyżej 600 km/h, jak najnowszy chiński Maglev. Ta technologia, alternatywa dla samolotów, wytycza nowe kierunki w transporcie dalekobieżnym, inspirując do wizji połączenia miast w rekordowym tempie.

Może Cię zaintersować także: Hybrydy, wodór i baterie: nowoczesne pociągi, które zmienią Twój sposób podróżowania

Nadprzewodnictwo otwiera także możliwości tworzenia sieci energetycznych bez strat, co byłoby rewolucją dla systemów dystrybucji energii na całym świecie.

Obecnie, aby zminimalizować straty, stosujemy transformatory oraz linie przesyłowe wysokiego napięcia. Nadprzewodnictwo przy wyższych temperaturach pozwoliłoby nie tylko na eliminację strat energii, ale również na oszczędność materiałów oraz kosztów związanych z chłodzeniem.

Rola transformatorów w przyszłości energetycznej

Transformatory, które już dziś są kluczowym elementem w stabilizacji i przesyłaniu energii, odegrają jeszcze większą rolę w sieciach bezstratnych.

Dzięki nim możliwa byłaby transformacja i rozdzielanie energii nadprzewodnikowej na różnych poziomach napięcia, w zależności od zapotrzebowania. W sieciach przyszłości transformery mogłyby nie tylko dostosowywać napięcie, ale również zarządzać energią nadprzewodnikową, maksymalizując jej efektywność.

Przykładami przyszłych zastosowań mogłyby być inteligentne sieci energetyczne, które automatycznie dostosowują parametry przesyłu energii do zmieniających się warunków, czy też systemy ładowania indukcyjnego oparte na nadprzewodnikach.

Transformatory zintegrowane z takimi sieciami mogłyby nawet przechowywać nadmiar energii, co dodatkowo zniwelowałoby obciążenie sieci w okresach największego zapotrzebowania.

Czy możemy wierzyć w przyszłość bezstratnej energii?

Pomimo postępów w badaniach, nadprzewodnictwo w temperaturach pokojowych to wciąż wyzwanie. Osiągnięcie nadprzewodnictwa bez konieczności chłodzenia może umożliwić świat bez strat energetycznych i rewolucjonizować przemysł transportowy, medycynę i produkcję. Czy będzie to już za dekadę, a może znacznie dłużej? Tego nie wiemy.

Wiemy jednak, że badania nad nadprzewodnictwem są kluczem do przyszłości pełnej nowych możliwości. Podziel się z nami, co uważasz o tym niesamowitym postępie!

Źródła:

American Physical Society
Britannica.com

Harvard.edu

Tuwien.at

Maglev.net