Supraleiterkabel
Eiskalte Energie
<br>Tag der Kabelverlegung in Essen</br> Riesige Kabeltonne mit einem halben Kilometer aufgewickeltem Kabel. Foto: Steinbach Fotografie / RWE
Unsere Städte brauchen immer mehr Strom, aber unter der Erde wird der Platz für Kabel knapp. In Essen arbeiten Experten seit einem Jahr an einer ungewöhnlichen Lösung: Sie haben ein Supraleiterkabel verlegt.
Vor etwas mehr als einem Jahr haben sich die Bewohner der Herkulesstraße in Essen vielleicht über die Bauarbeiten in ihrer Straße geärgert – doch der Ärger wird schnell verpuffen, denn mit dem Lärm sollte es jetzt vorbei sein. Dort, unter der Straßenbahn und dem Autoverkehr, verläuft jetzt ein insgesamt ein Kilometer langes Stromkabel. Auf den ersten Blick nichts Besonderes, aber es handelt sich um ein Kabel der „nächsten Generation“, ein sogenanntes Supraleiterkabel. Es leitet fünf Mal mehr Strom als herkömmliche Aluminium- oder Kupferkabel. Der Grund: Wird es auf etwa -200 Grad Celsius gekühlt, verliert es seinen elektrischen Widerstand und Strom kann nahezu ohne Verluste hindurchfließen. So ersetzt ein Supraleiterkabel mehrere herkömmliche Kabel.
<b>Supraleiter-Torte</b> Die verschiedenen Schichten des Supraleitkabels. Foto: Katharina Ober
Zieht man es auseinander, sieht es aus, wie eine mehrstöckige Torte. Drei der Schichten schimmern silbrig-metallisch und setzen sich aus nebeneinandergereihten Bändern zusammen; den Leiter-Schichten. „Die Materialherstellung ist noch etwas Besonderes“, sagt Mathias Noe, Direktor des Instituts für technische Physik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das KIT ist einer der Partner des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekts AmpaCity. Eine Silberhülle wird mit Bismut-Kupferoxid-Pulver gefüllt und in einem mehrstufigen Prozess zu einem flachen Draht gezogen, der etwa 0,25 Millimeter dick ist.
In Essen wird das Kabel an einem Ende über einen mehrere Meter hohen Tank mit kühlendem Flüssigstickstoff befüllt. Während er durch das Kabel fließt, nimmt er die Wärme seiner Umgebung auf, erwärmt sich dabei, bleibt jedoch weiterhin flüssig und wird durch eine weitere Kabelschicht abgeleitet. Klingt aufwändig. Erste Studien zeigen jedoch, dass dieses Vorgehen zukünftig in Großstädten von wirtschaftlichem Nutzen sein.
In Essen wird das Kabel an einem Ende über einen mehrere Meter hohen Tank mit kühlendem Flüssigstickstoff befüllt. Während er durch das Kabel fließt, nimmt er die Wärme seiner Umgebung auf, erwärmt sich dabei, bleibt jedoch weiterhin flüssig und wird durch eine weitere Kabelschicht abgeleitet. Klingt aufwändig. Erste Studien zeigen jedoch, dass dieses Vorgehen zukünftig in Großstädten von wirtschaftlichem Nutzen sein.
Ein Vergleich zwischen der Röhre für ein Supraleitkabel (links) und acht Röhren für herkömmliche Stromkabel, die dieselbe Menge Strom befördern. Foto: Katharina Ober
Geradein Ballungsräumen ist es sehr eng unter der Erde: Dort verlaufen beispielsweise Datenkabel, Stromkabel, in besonders großen Städten auch noch U-Bahnen. „Wenn neue Kabel verlegt werden müssen, ist oft die Frage: wohin damit“, sagt Mathias Noe. Supraleiterkabel entschärfen das Platzproblem.
Im Essener Feldversuch funktioniert das Supraleiterkabel ohne Probleme. Trotzdem ist nicht damit zu rechnen, dass die Technologie überall in Deutschland zum Einsatz kommt. „Supraleiterkabel eignen sich insbesondere für die Versorgung von Ballungsräumen. Für die Überbrückung langer Strecken müssen die Kabel derzeit zu oft mit Stickstoff zwischengekühlt werden“, sagt Frank Merschel vom Energieversorger RWE. In Ballungsräumen bieten Supraleiterkabel jedoch einen weiteren großen Vorteil, weil sie – im Gegensatz zu herkömmlichen Stromleitungen – Mittelspannung leiten. Dadurch werden Umspannanlagen unnötig, mitten in der Stadt würde Platz frei.
Das KIT entwickelt zusammen mit verschiedenen Unternehmen Supraleiter der zweiten Generation. Der Schlüssel liegt in der Anordnung der Kristalle, aus denen sich die Leiterschicht zusammensetzt. Mathias Noe vom KIT erklärt das Laien folgendermaßen: „Man kann sich das vorstellen wie eine Lego-Platte, auf der die Steinchen, sprich Kristalle, nur in der Fläche, und nicht in der Höhe, ausgerichtet werden. Außerdem müssen die Steinchen alle parallel und ohne Lücke angeordnet sein.“ Nur dann kann Strom ungehindert durch den Supraleiter fließen – und zwar mit noch geringerem Widerstand als im Supraleiterkabel der ersten Generation. Auch hierfür hat Mathias Noe ein Bild parat: „Das Kamel geht dann nicht mehr durch das Nadelöhr, es galoppiert ohne zu schwitzen.“
Im Essener Feldversuch funktioniert das Supraleiterkabel ohne Probleme. Trotzdem ist nicht damit zu rechnen, dass die Technologie überall in Deutschland zum Einsatz kommt. „Supraleiterkabel eignen sich insbesondere für die Versorgung von Ballungsräumen. Für die Überbrückung langer Strecken müssen die Kabel derzeit zu oft mit Stickstoff zwischengekühlt werden“, sagt Frank Merschel vom Energieversorger RWE. In Ballungsräumen bieten Supraleiterkabel jedoch einen weiteren großen Vorteil, weil sie – im Gegensatz zu herkömmlichen Stromleitungen – Mittelspannung leiten. Dadurch werden Umspannanlagen unnötig, mitten in der Stadt würde Platz frei.
Das KIT entwickelt zusammen mit verschiedenen Unternehmen Supraleiter der zweiten Generation. Der Schlüssel liegt in der Anordnung der Kristalle, aus denen sich die Leiterschicht zusammensetzt. Mathias Noe vom KIT erklärt das Laien folgendermaßen: „Man kann sich das vorstellen wie eine Lego-Platte, auf der die Steinchen, sprich Kristalle, nur in der Fläche, und nicht in der Höhe, ausgerichtet werden. Außerdem müssen die Steinchen alle parallel und ohne Lücke angeordnet sein.“ Nur dann kann Strom ungehindert durch den Supraleiter fließen – und zwar mit noch geringerem Widerstand als im Supraleiterkabel der ersten Generation. Auch hierfür hat Mathias Noe ein Bild parat: „Das Kamel geht dann nicht mehr durch das Nadelöhr, es galoppiert ohne zu schwitzen.“
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