BIZZ-Exklusiv
10.10.2013

„Schlüsseltechnik des 21. Jahrhunderts“

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Nobelpreisträger Georg Bednorz, Entdecker der Hochtemperatur-Supraleiter

Physik-Nobelpreisträger Georg Bednorz über weltweite Anwendungen der von ihm entdeckten Supraleiter – und deren Beitrag zur Energiewende.

BIZZ energy today: Herr Bednorz, stehen wir vor einer neuen industriellen Revolution auf der Basis von Hochtemperatur-Supraleitern (HTS)?

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Georg Bednorz: HTS-Technologie ist eine Schlüsseltechik des 21. Jahrhunderts für alle Anwendungen, bei denen es auf Energieeffizienz und sichere Energieversorgung ankommt. Kilometerlange HTS-Kabel zum verlustfreien Stromtransport und Strombegrenzer werden heiß diskutiert, aber die Liste potenzieller Anwendungen ist noch viel länger. Da gibt es zum Beispiel den in Deutschland entwickelten HTS-Induktionsheizer, der mich persönlich sehr begeistert. 

Was begeistert Sie daran so sehr?

Die metallverarbeitende Industrie setzt Induktionsheizer ein, um Metalle bei 600 bis 900 Grad weich zu machen und damit leichter zu verarbeiten. In herkömmlichen Heizern werden nicht nur das Werkstück, sondern auch die Erregerspulen heiß, deshalb liegt der Wirkungsgrad nur etwa bei 50 Prozent oder darunter. HTS-Induktionsheizer haben einen viel höheren Wirkungsgrad, verbrauchen nur halb so viel Energie und steigern zudem die Produktivität: Das Werkstück wird gleichmäßiger erhitzt und ermöglicht so höhere Ziehgeschwindigkeiten beim Verformen der Metalle.

War diese Anwendung absehbar, als Sie vor mittlerweile 27 Jahren zusammen mit Ihrem damaligen Chef Alex Müller die HT-Supraleiter entdeckten?

Nein, der HTS-Induktionsheizer existiert erst seit ein paar Jahren; seine Erfinder erhielten 2009 den vom Bundespräsidenten überreichten Deutschen Umweltpreis. Der Induktionsheizer ist ein echter Beitrag zu Effizienz und Klimaschutz: In Industriestaaten liegt der Anteil der Metallindustrie am Gesamtenergieverbrauch im Schnitt immerhin bei fünf Prozent.

1986 entfachten Sie mit der Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleiter weltweite Euphorie. Die ebbte aber schnell ab, als die erhofften Anwendungen für HTS ausblieben...

Zunächst ausblieben, muss man sagen. Mir war immer klar, dass die Zeitspanne zwischen der Entdeckung im Labor und den industriellen Anwendungen viel länger dauern würde, als Presse, Funk und Fernsehen damals prophezeiten. Ich habe immer an HTS-Stromleitungen geglaubt und das in den ersten Interviews, die ich nach der Nobelpreis-Verkündung gab, genauso gesagt. Allerdings gab es auch unter Forschern Dissens. IBM-Kollegen in den USA etwa waren extrem skeptisch und sagten: „Das mit dem Stromtransport wird nie gelingen.“

Worauf gründete sich diese Skepsis?

HT-Supraleiter reagieren sehr sensibel auf Magnetfelder, die der durch sie hindurchfließende Strom selbst erzeugt. Die Bewegung von Magnetfeldlinien beeinträchtigt den Maximalstrom erheblich, diesen Effekt kannte man schon von der konventionellen Supraleitung. Dort half man sich mit einem Trick, indem man die Magnetfeldlinien in sogenannten Haftzentren fixierte, also unbeweglich machte. Viele Wissenschaftler glaubten zunächst, dass diese Lösung in den keramischen HTS-Materialien grundsätzlich nicht funktionieren kann.

War das ein Trugschluss?

Ja, zum Glück. Inzwischen hat man das Problem in den Griff bekommen und kann solche Haftzentren in den HTS-Materialien durch Einbau von mikroskopischen Defekten erzeugen. Die Drähte funktionieren, nicht nur im Labor, sondern auch in der Praxis. Und so glauben inzwischen viele Unternehmen an die HTS-Technik, unter anderem der RWE-Konzern, der seit April in der Essener Innenstadt ein 1.000 Meter langes unterirdisches HTS-Kabel verlegt. Dieses weltweit längste HTS-Kabel soll im Betrieb später mit flüssigem Stickstoff auf minus 196 Grad Celsius oder 77 Kelvin gekühlt werden und dann fünf konventionelle Leitungen in Essen ersetzen.

Werden andere Unternehmen diesem Beispiel folgen?

Hoffentlich findet dieses Vorzeigeprojekt viele Nachahmer, und zwar rund um den Globus. Wichtig ist, dass sich Unternehmenschefs, Ingenieure und Politiker an HTS-Anwendungen gewöhnen. Wenn das Konzept der HT-Supraleiter erst mal in den Köpfen drin ist, kommen weitere Anwendungen quasi automatisch.

Dann nennen Sie doch bitte ein paar weitere mögliche HTS-Einsatzgebiete...

Mit HTS-Motoren und -Generatoren wird in ganz unterschiedlichen Bereichen experimentiert, etwa für Schiffsantriebe, oder für Windräder und Wasserkraftwerke. China gehört bei Industrieanwendungen übrigens zu den Vorreitern. HTS kommt dort in Stromleitern, Transformatoren, Strombegrenzern und Speichern im Rahmen von Pilotprojekten zum Einsatz.

Wie funktionieren HTS-Stromspeicher?

Das sind im Prinzip sehr starke Magnetspulen aus kilometerlangen HTS-Drähten, in denen der Suprastrom verlustfrei zirkuliert, bis er vom Verbraucher abgerufen wird. Aktuell ist es möglich, HTS-Drähte mit maximal ein bis zwei Kilometern Länge zu produzieren. Für eine Speicherspule benötigt man aber je nach Kapazität bis zu mehreren hundert Kilometer Draht. Also muss man viele, jeweils einen Kilometer lange Teilstücke miteinander verlöten. Die Verbindungstechniken sind derzeit noch sehr kompliziert und sehr zeitaufwendig. Aber grundsätzlich sind diese Probleme alle lösbar.

Dann steht der globalen HTS-Revolution also nichts mehr im Weg?

Noch reden wir in den meisten Fällen über den Einsatz von Prototypen, nur sehr wenige Unternehmen erzielen mit kommerziellen HTS-Anwendungen bereits heute Gewinne. Die Produktionskapazitäten müssen sicher noch ausgeweitet werden, damit HTS auf breiter Front zum Einsatz kommen kann. Die Weltjahresproduktion liegt aktuell bei 4.000 bis 5.000 Kilometern HTS-Draht. Für einen einzigen Zehn-Megawatt-Generator werden allein bis zu 300 Kilometer Draht benötigt. Sie müssen sich also genau überlegen, ob sie mit dem Draht Generatoren, Speicher oder Induktionsheizungen bauen wollen. Aber auch hier gilt: Der Ausbau der Produktionskapazitäten ist letztlich eine Frage der Zeit.

Das Phänomen der Supraleitung wurde in Metallen bereits 1911 entdeckt und 1957 durch das ebenfalls Nobelpreis-gekrönte BCS-Modell von Bardeen, Cooper und Schrieffer in der Theorie gut erklärt. Bei den keramischen Supraleitern streiten die Gelehrten bis heute, warum diese Materialien überhaupt funktionieren.  Stört Sie das?

Nein. Einen wissenschaftlichen Konsens zur theoretischen Erklärung von HTS gibt es in der Tat nicht. Aber entscheidend ist doch, dass Hochtemperatur-Supraleiter in der Praxis funktionieren. Und sie werden, da bin ich sicher, bei der Energiewende wesentliche Beiträge leisten.

 
Georg Bednorz studierte nach dem Abitur in Emsdetten Mineralogie in Münster. Er promovierte in Festköperphysik, unter anderem an der ETH Zürich bei Karl Alexander Müller, mit dem er 1986 in den Züricher IBM-Labors das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung in Keramiken aus Kupferoxiden entdeckte. Beide erhielten bereits ein halbes Jahr später gemeinsam den Nobelpreis für Physik. 

 

 

 

Joachim Müller-Soares
Keywords:
BIZZ-Exklusiv | Georg Bednorz | Supraleiter | Netzausbau
Ressorts:
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