FÍSICA | Superconductores de alta temperatura

Esperanzas de 'superelectricidad'

Transportar sin pérdidas corrientes eléctricas 10 veces superiores a las que circulan por los cables de cobre -la llamada superelectricidad- es la principal esperanza de los científicos que trabajan con materiales superconductores. Pero es una esperanza que se resiste a llegar a la vida diaria. Para convertirla en realidad se confía en los superconductores de altas temperaturas, denominados así por oposición a los de bajas temperaturas, una distinción que demuestra que la ciencia no está exenta de humor: los primeros son cerámicas con resistencia cero a la electricidad si son enfriadas a -183º nada menos; los segundos son aleaciones metálicas que también lo consiguen pero a una cota todavía más gélida, -269º.

Los investigadores proponen trampas nanoscópicas para detener los torbellinos

Las propiedades de las cerámicas fueron descubiertas en 1986 por J. Georg Bednorz y K. Alex Müller, y generaron grandes expectativas: si hay que enfriar menos un superconductor, también es menos costosa su utilización. Ambos científicos ganaron el premio Nobel de Física al año siguiente -1987- con una rapidez no habitual. Sin embargo, cuando se cumplen dos décadas de este hito científico, no hay muchas aplicaciones para los superconductores de altas temperaturas -excepto los aparatos de resonancia magnética para diagnóstico médico- .

A pesar de las dificultades, equipos de todo el mundo, entre ellos uno español del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, perteneciente al CSIC, trabajan en la primera línea de investigación para hacer realidad algún día, más pronto que tarde, la superelectricidad. Dos miembros de este equipo, Xavier Obradors y Teresa Puig, acaban de dar un nuevo paso hacia la conversión de las cerámicas superconductoras en una fuente de energía accesible. Junto a un antiguo doctorando, Jordi Figueras, han publicado en la revista Nature Physics un artículo en el que se demuestra que pueden generar campos magnéticos muy superiores a los alcanzados hasta ahora, y además estos campos magnéticos podrán ser accesibles a temperaturas también superiores.

La superconductividad permite transportar la energía eléctrica sin pérdidas y, consecuentemente, generar elevadísimos campos magnéticos. Y los superconductores de altas temperaturas, las cerámicas, son el material adecuado para reducir el coste tecnológico cara a su uso masivo. ¿Qué ha dificultado entonces su puesta en práctica? "Lo que ha pasado es que esta nueva superconductividad, la de altas temperaturas, es una disciplina con propiedades tan singulares que incluso la física teórica desconoce todavía hoy por qué se produce", explica Puig, quien remacha: "Tenemos superconductores pero no sabemos por qué lo son". A este problema básico se ha unido después una dificultad técnica: cuando dichos materiales se someten al paso de la corriente eléctrica, ésta pasa a través de ellos formando unas estructuras conocidas en la naturaleza con el nombre de vórtices, las cuales pueden hacerles perder sus propiedades.

El vórtice más conocido de la naturaleza es el ojo de un huracán y el más habitual en nuestra vida diaria es el que forma el agua deslizándose por el agujero de un lavabo. Ambos son torbellinos huecos que se originan en un fluido en movimiento. La estructura de vórtice se da también en grandes formaciones, como las formaciones helicoidales de algunas galaxias, y en escalas microscópicas. "Llevamos veinte años intentando comprender cómo funcionan estos vórtices en los superconductores de alta temperatura", explica Obradors.

Los vórtices de corriente ocasionan problemas al desplazarse en el material, ya que pueden provocar disipación de energía. Para evitarlo, es necesario anclarlos y esto se consigue mediante la introducción de unos defectos de tamaño nanométrico en el material que impidan al torbellino seguir su curso. Se trata de una suerte de trampas nanoscópicas para detener a estos minúsculos ojos de huracán.

Lo que han definido ahora Puig y Obradors es una nueva región de temperatura más alta y campo magnético más elevado en la que la introducción de estas trampas cazavórtices puede permitir mantener las propiedades superconductoras. Ese espacio ganado para el paso de la electricidad lo han detectado en una cerámica superconductora muy usada, la que entre los científicos se conoce popularmente como ybacuo (ytrio, bario y óxido de cobre). Al aumentar el rango de temperaturas útiles, se reduce un poco más el costoso problema de su refrigeración. "Nuestra contribución es intentar conocer hasta qué valor de campo magnético el superconductor puede ser útil", remarca Obradors.

El objetivo es pasar de enfriarlo con helio líquido, más refrigerante pero también muy caro de procesar y de mantener, a hacerlo con nitrógeno líquido, menos potente pero mucho más económico. Las aplicaciones son claras: "El reactor de fusión nuclear ITER funcionará con imanes superconductores; si consiguiéramos que éstos trabajaran a temperaturas más altas, el reactor valdría la mitad y gastaría la mitad durante sus 20 años de vida, y eso son diferencias de miles de millones de euros", explican los científicos. Otro ejemplo: EE UU se plantea reducir el peso de los motores de sus buques utilizando en ellos la generación y transmisión por superconductores.

Sin embargo, donde mayores esperanzas se depositan es en la superelectricidad que permitiría mejorar enormemente la eficiencia en la generación, transporte y uso de la energía eléctrica, con la consiguiente disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero. "Nos ahorraríamos muchas toneladas de gases vertidos a la atmósfera", explican los científicos.

"Una de las formas de ahorrar energía es necesitar menos", insiste Obradors. En el actual contexto de subida sostenida de los precios del petróleo, esta afirmación no pasa desapercibida. Obradors recuerda que avanzar hacia tecnologías superconductoras prácticas, con la consiguiente disminución de pérdidas en la red, sería más fácil si las compañías eléctricas dejasen de ser uno de los sectores que menos invierten en investigación y desarrollo: "Apenas dedican un uno por mil de sus beneficios a la investigación, frente al 5-8 % de las empresas farmacéuticas".

El artículo lo firman también científicos de universidades y laboratorios de Chicago (EE UU.), y un físico teórico israelí, que ha colaborado en la demostración de que el principio descubierto se basa en propiedades universales del ybacuo, y, por tanto, tiene validez general.

El Instituto de Ciencia de Materiales lidera en la actualidad un proyecto europeo de investigación en superconductores llamado Hiperchem, con un presupuesto de 4 millones de euros, de los cuales la mitad son pagados por la UE. Su objetivo es producir cables superconductores de bajo costo, basados en barnizar una base metálica con un recubrimiento que tenga estas propiedades.

Xavier Obradors y Teresa Puig, en Barcelona.
Xavier Obradors y Teresa Puig, en Barcelona.CARMEN SECANELLA
Representación de los vórtices en cerámicas superconductoras que estudian Xavier Obradors y Teresa Puig.
Representación de los vórtices en cerámicas superconductoras que estudian Xavier Obradors y Teresa Puig.

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