Какво ще стане, ако свръхпроводниците при стайна температура наистина съществуват?

Надеждата е вечна. От десетилетия се твърди, че учените са създали свръхпроводници работещи при стайна температура. Тези материали могат да провеждат електрически ток с нулево съпротивление, като същевременно създават мощни магнитни полета. Те са свещеният граал на материалознанието.

Миналата седмица екип от Южна Корея заяви, че е създал такъв материал – и то не просто материал, който демонстрира свръхпроводимост при стайна температура, а такъв, който я осъществява и при атмосферно налягане. А и е направен от сравнително разпространени материали, включително олово, фосфор и мед. Изследователите публикуваха своите открития в сървъра за предпечатна подготовка и  статии за рецензиране arXiv. Макар и това да не е най-добрият стандарт в научните публикации, това е достойна първа стъпка, която дава възможност и на други изследователи да проверят твърденията.

Все още е твърде рано да се каже дали техните невероятни твърдения ще се потвърдят, но някои предварителни теоретични разработки показват, че те не са извън сферата на възможностите. Въпреки това немалко учени са твърде скептични.

Но какво би станало, ако тези твърдения са верни? Безброй индустрии ще бъдат подложени на сериозни сътресения. Ето някои от тях, които ще спечелят най-много.

Термоядреният синтез

Ако учените наистина са открили свръхпроводник при стайна температура, тогава изненадващата нашумяла технология от миналата година отново ще бъде изстреляна на първите страници на медиите. Проблемът с термоядрената енергия не е в това дали тя може да бъде осъществена, а дали произвежда повече енергия, отколкото консумира необходимото оборудване. Експериментът на National Ignition Facility миналата зима доказа, че нетната положителна мощност на термоядрения синтез е възможна не само теоретично.

Много от подходите за използване на термоядрената енергия изискват невероятно мощни магнити, които да фокусират изключително горещата плазма до точката, в която частиците ѝ се сливат и освобождават огромни количества енергия. Съвременните конструкции на термоядрените реактори разчитат на високотемпературни свръхпроводници, което означава, че те трябва да се охлаждат само с течен азот вместо с течен хелий. Но охлаждането им до тази точка все още изисква сложно оборудване и огромни количества електроенергия.

Ако нуждата от охлаждане може да бъде премахната, електроцентралите с термоядрен синтез биха могли да станат много много по-евтини за изграждане и експлоатация, което ще намали бариерата за получаване на нетна положителна енергия от термоядрен синтез. Интересът на инвеститорите, който вече е сравнително висок, рязко ще нарасне.

Електропреносната мрежа

Според Администрацията за енергийна информация на САЩ преносът и разпределението на електроенергията в САЩ са доста ефективни, но загубите все още възлизат на около 5% от цялата произведена електроенергия. На други места ситуацията е по-лоша, като например в Индия тя достига 19%. В световен мащаб загубите при пренос и разпределение на електроенергията водят до около 1 милиард метрични тона въглероден диоксид.

Свръхпроводителите със стайна температура ще доведат до почти цялостно преустройство на електропреносната мрежа. Загубите при преноса ще бъдат елиминирани, тъй като свръхпроводниците имат нулево съпротивление по отношение на електричеството. Кабелите биха могли да бъдат значително по-малки, като същевременно пренасят същото количество енергия, намалявайки необходимостта от масивни кули и големи сервитути. Напреженията биха могли да бъдат по-ниски, което би дало възможност трансформаторите да бъдат значително по-малки.

Идеята за използване на свръхпроводници в електропреносната мрежа съществува от отдавна. American Superconductor, например, е основана през 1987 г. именно за такива цели. Проблемът е, че днешните високотемпературни свръхпроводници все още изискват охлаждане, което компенсира някои от постиженията в областта на ефективността. Свръхпроводниците със стайна температура няма да имат подобни недостатъци.

Електрическите превозни средства

Електрическите превозни средства вече са значително по-ефективни от своите аналози, работещи с изкопаеми горива. От мрежата до колелата електрическите превозни средства конвертират около 77% от енергията на електропреносната мрежа в двигателна сила на колелата. За сравнение, по данни на Агенцията за опазване на околната среда (EPA), ефективността на автомобилите, задвижвани с изкопаеми горива, е едва 12-30%.

Все пак има какво да се подобри при електромобилите. Свръхпроводниците при стайна температура биха направили вътрешните механизми на електромобила по-малки и по-ефективни. Двигателите ще се нуждаят от по-малко намотки, което ще намали техния общ размер и тегло в допълнение към елиминирането на загубите от електрическо съпротивление. Същото важи и за инверторите и конверторите, които се грижат за преобразуването на DC/AC напрежението. Намалената маса и по-голямата ефективност дават възможност на производителите на автомобили да осигурят по-голям пробег или да използват по-малки акумулаторни блокове, което намалява разходите.

Масовият градски и железопътен транспорт

Електрическите превозни средства може да се сторят банални в сравнение с това, което свръхпроводниците при стайна температура биха могли да направят с влаковете на магнитна левитация. Маглевите се носят над релсите, като са едновременно окачени и задвижвани от магнити на борда на влака и вградени в релсите. В резултат на това единственото триене, с което се сблъскват тези изключително бързи влакове, е от въздуха, което им позволява да достигат невероятно високи скорости.

Свръхпроводниците при стайна температура биха могли да намалят размерите и потребностите от електроенергия за електромагнитите, от които се нуждаят маглевите, но това не би решило всички проблеми. В сравнение с другите влакове, които се движат по стоманени релси, релсовият път на един маглев струва значително повече. И подобно на другите влакови линии, осигуряването на правото на преминаване е сред най-сложните проблеми. Въпреки това, линиите маглев, които биха могли да станат по-евтини за изграждане и експлоатация, могат да заменят значителна част от пътуванията със самолет на къси и средни разстояния, което значително ще намали общите въглеродни емисии.

Медицината

Днес машините за магнитно-резонансна томография разчитат на свръхпроводници, охлаждани с течен хелий. Светът изпитва недостиг на този благороден газ и лекарите са загрижени какво означава това за бъдещето на технологията в медицината. В близко бъдеще работата на апаратите за ядрено-магнитен резонанс може да се оскъпи. В дългосрочен план, неразрешимият недостиг може да означава край на днешните медицински апарати от подобен род.

Тъй като работят при температура на околната среда, свръхпроводниците при стайна температура биха премахнали зависимостта на магнитно-резонансните апарати от течния хелий. Това не само би помогнало да се осигури бъдещето на технологията като относително рутинна медицинска диагностика, но и би спомогнало за намаляване на нейната цена.

Рециклиращи компании

Ако свръхпроводниците при стайна температура станат реалност – и ако успеем да ги произвеждаме евтино и в голям мащаб – това ще доведе до огромна вълна от инвестиции. Хиляди километри стари електропроводи ще бъдат изтръгнати, а оборудването, както ново, така и старо, ще бъде отнесено на бунището. Не всичко от това оборудване или съдържащите се в него материали биха били безполезни, така че вероятно ще се появят рециклиращи предприятия, които да преработят нещата, станали излишни благодарение на новите материали.

Всичко все още е твърде далечно

Това не е първият път, когато някой твърди, че е създал свръхпроводник при стайна температура, и ако и този не се окаже успешен, то вероятно няма да е последният.

Изглежда, че тази област привлича учените с противоречивите си резултати. През месец март един физик от университета в Рочестър направи сензация с твърденията си за свръхпроводящ материал при стайна температура, макар че той трябваше да бъде подложен на огромно налягане. Резултатите бяха публикувани в Nature, престижно научно списание, но други учени вече ги поставят под съмнение. Предишните изследвания на Диас бяха подложени на същия контрол, като някои учени твърдяха, че той е плагиатствал работата на други учени. Разследване на TechCrunch+ по-рано тази година показа, че той е прилагал аналогичен бърз и небрежен подход при набирането на средства.

Това не означава, че направените съвсем наскоро открития са също толкова съмнителни. Предстои най-внимателна проверка на откритите от южнокорейските учени свръхпроводници от страна на световната научна общност. Ако това сензационно откритие бъде потвърдено и повторено във водещите научни лаборатории, това може радикално да промени голяма част от световната икономика. Вече са засегнати големи интереси.