Sustituir el cobre de los cables eléctricos por cerámica

Nuevos cables eléctricos en Europa: energía más barata y sostenible

Junio 3, 2024 - 10:16
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Sustituir el cobre de los cables eléctricos por cerámica

Cable de cerámica

Wulff participa en un proyecto de innovación financiado por la UE para desarrollar un cable hecho de algo muy diferente: cerámica.

Básicamente es el mismo material que se usa para tazas de café o platos. Mi taza de café es rígida, pero si adelgazo las paredes a unos pocos micrómetros, puedo empezar a doblarla. Dr. Anders Wulff

SUBRA fabrica cables eléctricos basados en tecnología de superconductores y está acelerando este trabajo en un nuevo proyecto respaldado por la UE llamado SUBRACABLE, que se extenderá por dos años hasta agosto de 2025.

Los superconductores son materiales que, a bajas temperaturas, conducen electricidad sin ninguna resistencia eléctrica. Un tipo especial de cerámicas es uno de los numerosos materiales que pueden convertirse en superconductores a bajas temperaturas.

Una ventaja de la tecnología de superconductores es que depende mucho menos del cobre, que se utiliza en estos nuevos cables solo en una medida limitada para proporcionar soporte estructural al superconductor, que de otro modo sería frágil.

Ahorro de energía

Otra ventaja clave es que, debido a la ausencia de resistencia eléctrica, los superconductores desperdician mucha menos energía.

Para entender cómo, consideremos los conceptos básicos de una corriente eléctrica y el ejemplo de una tostadora.

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un material, hay cierta resistencia. En una tostadora, el elemento calefactor, llamado la resistencia, tiene una resistencia particularmente alta a la electricidad.

Cuando la electricidad pasa a través de la resistencia de la tostadora, gran parte de esa energía se convierte en calor como resultado de la alta resistencia. Esto es lo que produce el calor que tuesta el pan.

Aunque en las redes eléctricas la resistencia es considerablemente menor que en las tostadoras, sigue siendo significativa. En 2020, alrededor del 16% de la energía en Europa se perdió mientras se movía la electricidad por el continente.

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Por el contrario, los cables superconductores pueden, a bajas temperaturas generadas mediante soluciones de enfriamiento rentables, conducir electricidad sin perder energía eléctrica en forma de calor. Esto ofrece la posibilidad de reducir las pérdidas de energía y, por extensión, la demanda de energía.

Desperdiciar menos energía ayudaría al mundo a frenar las emisiones de gases de efecto invernadero que están acelerando el cambio climático, aumentando la urgencia de construir una red eléctrica más grande y eficiente.

Vamos a necesitar un aumento del doble o triple en la tasa de transmisión de electricidad actual si queremos alejarnos de los combustibles fósiles. Dr. Anders Wulff

Prototipo prometedor

En el proyecto SUBRACABLE, la empresa ha producido hasta ahora pequeños prototipos, de menos de un metro de longitud, de un innovador cable superconductor hecho con cerámica. Al dar el salto de la tecnología de cinta plana actualmente utilizada a una opción de cable agrupado, esperan poder superar las barreras existentes para la producción escalable y rentable de cables superconductores.

El prototipo utiliza un 99% menos de cobre y tiene una reducción del 90% en la pérdida de energía en comparación con los cables de cobre convencionales.

Además, el cable SUBRA tiene una ventaja sobre otros superconductores en el mercado: requisitos de temperatura menos exigentes.

Usualmente, los superconductores deben enfriarse a temperaturas extremadamente bajas para funcionar.

El prototipo SUBRACABLE es un superconductor de alta temperatura, lo que significa menos necesidad de enfriamiento. La temperatura requerida es alrededor de –196°C, lo que lo hace aproximadamente 100 veces más barato de enfriar que los superconductores de baja temperatura.

El Santo Grial de la sociedad humana sería saltarse la parte de enfriamiento. Hemos llegado lo más cerca posible de eso, aunque todavía necesitamos el enfriamiento. Dr. Anders Wulff

SUBRA espera producir una versión de prueba del cable de 50 metros el próximo año y un cable de demostración completo de 400 metros dentro de 18 meses.

Para 2027, la empresa planea establecer una nueva fábrica operativa para la producción en volumen de los cables, según Wulff.

Carrera por las energías renovables

El despliegue de cables superconductores para acelerar la transición hacia una energía más limpia es el objetivo de otro proyecto financiado por la UE. Llamado SCARLET, se extiende por cuatro años y medio hasta febrero de 2027.

Los investigadores están llevando a cabo trabajos de modelado en dos posibles cables con el objetivo de comenzar las pruebas de los prototipos a principios de 2026.

Un cable es un conductor de alta temperatura similar al SUBRACABLE, mientras que el otro está hecho de diboruro de magnesio, un compuesto gris oscuro formado por una reacción de magnesio y boro a altas temperaturas.

La idea es que los cables estén listos para ser producidos después del proyecto para cualquiera que quiera comprarlos. Dr. Niklas Magnusson, ingeniero de la organización de investigación independiente SINTEF

Reducción de costes

Los investigadores buscan reducir los costes de establecer infraestructura para fuentes de energía renovable.

En los parques eólicos en alta mar, por ejemplo, grandes plataformas recopilan toda la energía eléctrica generada por las turbinas. Aproximadamente del tamaño de la mitad de un estadio de fútbol, las plataformas contienen mucho equipo como un convertidor AC/DC necesario para entregar la electricidad a tierra.

Un cable superconductor hace innecesario una buena parte de ese equipo. Típicamente, la electricidad se envía a tierra en cables de alta tensión, lo que requiere grandes estaciones de conversión y transformadores en la plataforma colectora.

Debido a que los superconductores no tienen resistencia, pueden transportar altas corrientes, haciendo innecesaria la costosa transformación a alta tensión.

Por ejemplo, en un parque eólico que produce un gigavatio de energía, se podrían eliminar alrededor de 10.000 toneladas métricas de material en la plataforma, según Magnusson.

Estima que el uso de un cable superconductor en un parque eólico puede reducir los costos de instalación en aproximadamente un 15%.

Tales ahorros podrían ser cruciales ya que la Unión Europea persigue un objetivo de aumentar la participación de las energías renovables al menos al 42.5% del consumo en 2030, desde el 23% en 2022.

Las ganancias en el resultado final son aún más importantes porque un gran obstáculo para el mercado de los cables superconductores es un hábito arraigado derivado de la dependencia de décadas de la industria energética del cobre, según Magnusson.

Si queremos cambiar una tecnología que ha estado funcionando durante 50 a 100 años, debe haber un gran beneficio.

Más información: europa.eu

Resumen

Imagina que la electricidad es como un grupo de coches que viajan por una carretera. Los cables eléctricos son como esas carreteras. Normalmente, usamos cables hechos de cobre, que es un metal que permite que la electricidad viaje por él, pero a veces, esa electricidad se convierte en calor y se pierde, como si algunos coches se detuvieran en la carretera.

Ahora, los científicos han creado unos nuevos cables especiales hechos de cerámica, que es el mismo material con el que están hechas las tazas y platos. Lo increíble de estos cables es que, cuando están muy fríos, dejan que la electricidad viaje por ellos sin perderse nada de energía, como si todos los coches pudieran viajar súper rápido sin detenerse ni un momento.

Estos cables de cerámica son muy delgados y flexibles, y casi no necesitan cobre, que es caro y difícil de conseguir. También necesitan menos enfriamiento que otros cables especiales, lo que hace que sean más fáciles y baratos de usar.

Entonces, al usar estos nuevos cables de cerámica, podemos ahorrar mucha energía y dinero, y al mismo tiempo, ayudar a cuidar el planeta, porque perdemos menos electricidad y usamos menos recursos. Es como tener una súper carretera para la electricidad que hace todo más eficiente y ecológico.

Fuente: Ecoinventos

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