La electricidad que viaja sin resistencia

Los superconductores de alta temperatura, pese a que los físicos no saben aún cómo explicar el hecho de que estos materiales no opongan resistencia al paso de la electricidad, empiezan a tener aplicaciones prácticas. Los expertos ensayan ahora su utilización en una red eléctrica, donde se sustituyen los cables de cobre por nuevos cables superconductores.

Los técnicos crean aplicaciones, aunque los físicos no pueden explicar su propiedad

Quince años después de su descubrimiento, los superconductores de alta temperatura no han alcanzado sus más grandiosas proyecciones de uso, como los trenes de alta velocidad que avanzarían, sin tocar el suelo, sobre imanes superconductores. Pero los materiales, capaces de transportar la electricidad prácticamente sin resistencia a temperaturas relativamente altas, han encontrado nichos importantes en el mundo real.

Recientemente, unos trabajadores han sacado nueve cables de los conductos subterráneos de una subcentral eléctrica de Detroit (EE UU) para poder reemplazarlos por los primeros cables superconductores de alta temperatura en una red de energía eléctrica en funcionamiento. Los tres nuevos cables contienen sólo 113,4 kilos de material superconductor, pero podrán transportar tanta corriente como los 8.100 kilos de cobre de los nueve cables a los que sustituyen. Cambiar los cables de cobre por superconductores dentro de los conductos existentes podría triplicar su capacidad energética sin necesidad de molestas y caras excavaciones.

Los superconductores de alta temperatura se usan ya para mejorar la recepción de señales en las torres de teléfonos móviles y para pruebas sensibles en equipo magnético. Quizá lo siguiente sean motores eléctricos eficaces. Los técnicos han desarrollado estas aplicaciones aun a pesar de que los físicos siguen sin poder explicar por qué los superconductores de alta temperatura lo son.

'No entendemos la física, el mecanismo', comenta Greg Yurek, presidente de American Superconductor, una de las empresas del proyecto de Detroit. 'Pero funciona. Ahí está'.

El físico holandés Heike Kamerlingh Onne descubrió la superconductividad en 1911, cuando enfrió mercurio a -233,3 grados centígrados, unos 7,5º por encima del cero absoluto, y toda la resistencia al flujo de electricidad desapareció. Pero la física de los superconductores de baja temperatura fue un misterio hasta que John Bardeen, Leon N. Cooper y John R. Schrieffer, desarrollaron una teoría, conocida como BCS, en los años cincuenta.

Normalmente, la electricidad viaja a través del metal como una corriente de electrones. Al luchar contra la red de átomos de metal, los electrones pierden parte de su energía, y la vibración se extiende y se disipa en forma de calor. La teoría de BCS afirma que en un superconductor suficientemente enfriado, los electrones con carga negativa, que normalmente se repelen entre sí, forman una especie de atracción indirecta. Un electrón con carga negativa atrae hacia sí a los iones de metal con carga positiva, lo que genera una vibración que avanza por la red de metal. Este grupo de iones positivos atrae un segundo electrón, que recibe entonces un impulso de la red vibrante. Los pares de electrones resultantes (pares de Cooper) viajan por el metal sin resistencia.

Pero durante décadas nadie encontró superconductores que funcionasen por encima de los 42 grados sobre el cero absoluto. Finalmente, en 1986, George Bednorz y K. Alex Muller descubrieron un nuevo tipo de superconductores obtenidos a partir de cerámicas exóticas. Aunque los materiales eran muy malos conductores a temperatura ambiente, vieron que eran superconductores a temperaturas de hasta 63 grados por encima del cero absoluto. Después se crearon variaciones que aumentaban la temperatura de superconducción hasta 138 grados por encima del cero absoluto. Sigue siendo una temperatura muy baja, pero se alcanza con nitrógeno líquido en lugar de helio, que es más caro.El techo superior de temperaturas superconductoras se estancó hace una década en unos 220 grados sobre el cero absoluto, -115º centígrados. Estos superconductores de alta temperatura no se adaptan a la teoría BCS y los teóricos todavía no han ideado una alternativa.La mayoría de los científicos creen que los pares de Cooper se forman en los superconductores de alta temperatura, pero las interacciones magnéticas sustituyen a las vibraciones de la teoría BCS. Así, los electrones se pueden considerar como imanes alineados uno al lado del otro, pero sin tocarse. Los materiales son planos de átomos de cobre separados por átomos de oxígeno y elementos como itrio, bismuto, bario y lantio.

Los obstáculos de diseño también atenuaron el optimismo del principio. En los conductores de alta temperatura, la corriente no fluye de manera uniforme en todos los sentidos, como lo hace en los simples compuestos metálicos, y eso los hace inadecuados para algunas aplicaciones.

Pero directivos de American Superconductor predicen que en los próximos años se abrirá un mercado para su hilo superconductor, que se utilizará para cables y motores eléctricos más ligeros y más pequeños que los normales. La empresa fabrica ahora unos 483 kilómetros de hilo superconductor al año; cuando abra su nueva planta fabricará anualmente 9.600 kilómetros de cable.

Pirelli Cables and Systems, de Milán, unió los cables de American Superconductor a los cables eléctricos usados en el proyecto Detroit Edison. Los cables eléctricos avanzarán por 1.720 metros de conductos subterráneos, incluyendo un par de giros de 90 grados, desde un transformador hasta el equipo de distribución que está en la subcentral.

El proyecto, que cuesta 13,9 millones de dólares (16,3 millones de euros), será una significativa prueba para las tecnologías desarrolladas para transformar en cables flexibles los superconductores de alta temperatura, que son por naturaleza duros y rígidos. El nitrógeno líquido avanzará por el centro de los cables para mantenerlos a una temperatura de -169,4 grados centígrados. La línea eléctrica se probará durante un año antes de entrar en servicio y suministrar electricidad a 14.000 clientes.

La idea de introducir líneas eléctricas superconductoras tiene décadas, pero antes de que se produjeran los últimos avances era demasiado caro ponerla en práctica. Con los superconductores de alta temperatura, los costes de enfriado se reducen mucho, pero debido a las pérdidas provocadas por la corriente alterna los cables del proyecto de Detroit Edison no significarán un ahorro de energía en comparación con los antiguos cables de cobre. Cuestan varias veces más que los de cobre, pero llevan mucha más corriente y serán útiles en las zonas donde es costoso taladrar para meter nuevos conductos.

© The New York Times.