Un superconductor es un material que, cuando se enfría a una temperatura extremadamente baja, pierde completamente su resistencia eléctrica y se convierte en un conductor perfecto de electricidad. Es decir, es un material que puede transportar corriente eléctrica sin las pérdidas provocadas por la resistencia. Además, también exhibe efectos magnéticos únicos. Por el efecto Meissner, un superconductor puede flotar en un campo magnético externo. Por eso, se utilizan en aplicaciones como la creación de imanes muy potentes, la transmisión de energía eléctrica sin pérdidas, en la física de materiales y en la fusión nuclear.
En 1987, la investigación de la superconductividad dio un vuelco cuando un equipo dirigido por el físico de la Universidad de Houston (UH) Paul Chu descubrió un compuesto que actuaba como superconductor a una temperatura superior al punto de ebullición del nitrógeno líquido.
Desde entonces, se ha demostrado que los superconductores se pueden usar para impulsar trenes que levitan magnéticamente y para transmitir energía eléctrica sin pérdidas debidas a la resistencia. Sin embargo, durante mucho tiempo, su uso se ha visto obstaculizado por los altos costes del material y su aplicación.
Una vuelta de tuerca al sistema
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Houston junto a varios investigadores alemanes ha mostrado una forma de reducir estos costes y mejorar el transporte de energía y el tránsito mediante el uso de superconductores para mover personas, carga y energía utilizando la infraestructura vial ya existente.
El concepto se describe en un artículo publicado el 24 de abril de 2023 en la revista APL Energy. Allí se sugiere un futuro en el que los viajes aéreos y el transporte de carga tradicional se habrían vuelto obsoletos al verse reemplazados por un "supersistema" que permite que los vehículos particulares y comerciales viajen a velocidades de hasta 645 km/h (400 mph).
“Una tecnología que cambiará el mundo”, asegura Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en UH y autor principal del artículo. “La superconductividad es un fenómeno físico muy prometedor para transmitir energía eléctrica sin pérdidas, para impulsar trenes súper rápidos que levitan magnéticamente y para almacenar energía. Pero no ha sido económicamente viable, por lo que aún no se ha podido implementar a gran escala”, añade.
Ren afirma que los detalles técnicos aún no se han resuelto, pero que “la curva de aprendizaje no debería ser pronunciada ya que hemos aprendido mucho durante los últimos 40 años”. Si bien la financiación es un desafío, la idea de un sistema de transporte combinado reduciría los costes de operación individuales de cada sistema.
Aunque el documento publicado con este concepto no incluye un análisis económico, la reducción de costes y los posibles beneficios económicos y ambientales a largo plazo del proyecto superarían los costes iniciales. También proporcionaría una forma de almacenar y transportar hidrógeno licuado, una importante fuente futura de energía limpia. Mientras se almacena y a la vez se transporta, el hidrógeno licuado se utilizaría para enfriar la guía del superconductor, reduciendo la necesidad de instalar un sistema de tubería dedicado capaz de enfriarlo a -253 ºC.
El modelo de laboratorio
Los trenes de levitación magnética integran superconductores incrustados en su tren de rodadura que levitan sobre un rail magnetizado. El sistema descrito utiliza este concepto, incorporando superconductores en la infraestructura vial existente y agregando imanes a los trenes de rodaje de los vehículos, lo que evita tener que enfriar los superconductores en cada vehículo. El hidrógeno licuado enfriaría los superconductores a medida que se mueve por el sistema, con nitrógeno licuado y una capa de vacío utilizada para aislarlo térmicamente del hidrógeno.
Los investigadores construyeron un modelo para demostrar la viabilidad técnica del proyecto haciendo levitar un imán sobre una guía superconductora y utilizando nitrógeno licuado para enfriar los superconductores. Ren explica que los modelos futuros utilizarán hidrógeno.
Los vehículos con trenes de rodaje magnetizados, que pueden ser trenes, camiones de carga o incluso vehículos particulares entrarían en la vía superconductora levitando y se desplazarían a gran velocidad para llegar a su destino. Al salir de estas vías, continuarían su viaje propulsados por motores tradicionales eléctricos o de combustión interna.
El consumo de combustible o energía eléctrica se reduciría drásticamente mientras el vehículo permaneciera en la vía superconductora, recortando el coste de los viajes y la huella ambiental. “Juntos, todos esos beneficios, podrían cambiar el mundo”, asegura Ren de nuevo.
Junto a él, los coautores del proyecto son: Shaowei Song, del Centro de Superconductividad de Texas en UH; Kornelius Nielsch, del Instituto Leibniz para la Investigación de Materiales y Estado Sólido en Dresden, Alemania, y O. Vakaliuk, U. Floegel-Delor y F. Werfel, del Adelwitz Technologiezentrum GmbH (ATZ) de Torgau, Alemania, que se especializa en la fabricación de materiales superconductores a alta temperatura.
