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Welt am Sonntag: Supraleiter bremsen den Klimawandel

Welt am Sonntag: Supraleiter bremsen den Klimawandel

Aus Welt am Sonntag Nr. 18 vom 6. Mai 2007 

Jeder Hochspannungstransformator belastet die Klimabilanz mit 2000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr. Neue Technologien könnten dies verhindern

Jeder kennt sie, die gartenhausgroßen Transformatoren, die in der Landschaft an Knotenpunkten des Stromnetzes stehen. Die tief vor sich hin brummenden Kolosse aus Stahl und Kupferdraht werden benötigt, um Teilnetze zu verbinden und Spannungswerte anzupassen.
Dass die von Schutzzäunen umgebenden und mit 90 000 Liter Isolieröl gefüllten 400 000-Volt-Trafos wenig ästhetisch sind, ist keine Frage. Doch dass sie einen Beitrag zum Klimawandel leisten, ist kaum bekannt. An diesen Knoten des Stromnetzes geht nämlich unweigerlich Energie verloren. Bei einem Strom-Mix, der in Deutschland zu 60 Prozent aus fossilen Energieträgern erzeugt wird, gibt mittelbar jeder dieser Trafos 2000 Tonnen CO2 pro Jahr in die Atmosphäre ab. Das rechnet Joachim Bock, Geschäftsführer der Hürther Firma NSC, vor und veranschaulicht: "Das entspricht dem CO2-Ausstoß, den eine kleine Dorfgemeinschaft durch ihren Energieverbrauch verursacht."
Bock würde diese Zahl wahrscheinlich nicht so präzise kennen, hätte seine Firma nicht eine smarte Technik entwickelt, durch die viele Trafoblöcke überflüssig werden könnten. NSC steht für Nexans SuperConductors, und die technische Lösung basiert auf sogenannten Hochtemperatur-Supraleitern. Das sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur ihren elektrischen Widerstand verlieren und Ströme unendlich gut leiten. Das Wort "Hochtemperatur" ist dabei eher irreführend, denn die verwendeten Supraleiter müssen immerhin auf nahezu minus 200 Grad Celsius gekühlt werden. Verglichen mit klassischen Supraleitern, wie sie bei Kernspintomografiegeräten in der Medizin genutzt werden, ist dies gleichwohl eine relativ hohe Temperatur. Sie lässt sich durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff oder mit einer Kältemaschine problemlos erreichen.
NSC-Techniker haben einen supraleitenden Strombegrenzer entwickelt, der Teilnetze ohne Transformator verbinden kann. Professor Claus Neumann von RWE lobt die Innovation: "Die Chance, Netze flexibler zu gestalten, und die Umweltaspekte machen den supraleitenden Strombegrenzer zu einem äußerst attraktiven Betriebsmittel." Ab 2009 soll ein Prototyp im Stromnetz der RWE getestet werden.
Kern des Systems ist ein Leiter, der ab minus 180 Grad widerstandslos ist. Überschreitet der Strom bei einem Netzfehler oder Kurzschluss den kritischen Wert, verliert er schlagartig seine Supraleitfähigkeit. Dies ist auch der Fall, wenn starke Magnetfelder einwirken.
Der Strombegrenzer nutzt beide Effekte: Sobald die Stromdichte an nur einer Stelle im Leiter den kritischen Wert überschreitet, fließt Strom auch über eine parallel geschaltete Kupferspule. Diese erzeugt dann ein Magnetfeld, das den Supraleiter sofort auf ganzer Länge in den nicht supraleitenden Zustand zwingt. So wirkt er wie ein schneller Schalter, der einen zu großen Strom sofort begrenzt. Wenige Sekunden nach einem Störfall stellt sich die Supraleitung und damit der Normalbetrieb wieder ein.
Besonders in Städten dürften in Zukunft auch supraleitende Kabel eine größere Rolle spielen. Bei gleichen Abmessungen lassen sich durch sie deutlich stärkere Ströme übertragen. Das erste supraleitende Kabel in einem öffentlichen Stromnetz wurde 2001 in Kopenhagen verlegt. Die Kölner Firma nkt cables hatte damals diese Pioniertat vollbracht und hat inzwischen auch in Columbus (Ohio) ein ähnliches Kabel verlegt.
Siemens-Forscher haben bereits einen Motor aus supraleitenden Spulen entwickelt, in dem, verglichen mit Kupferwicklungen, eine zehnfache Stromdichte erreicht werden kann. Dieser Motor erzielt bei gleicher Größe die doppelte Leistung. Für den Einsatz in Loks hat Siemens einen supraleitenden 1,1-Megawatt-Transformator konstruiert. Der Wirkungsgrad dieses Trafos beträgt 99 Prozent. Bislang waren nur 92 Prozent möglich.
Zum Speichern von Energie können Supraleiter ebenfalls einen wichtigen Beitrag leisten. Zum einen können Ströme in supraleitenden Spulen beliebig lange kreisen, bis sie für eine Verwendung abgerufen werden. Die Umsetzung dieses Prinzips ist aber sehr aufwendig. Einfacher zu realisieren sind Schwungmassenspeicher mit supraleitender Lagerung. Diese ermöglicht eine reibungsfreie weil berührungslose Aufhängung des Kreisels. NSC-Forscher haben einen Speicher aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gebaut, der 10 000 Umdrehungen pro Minute erreichen kann. Er speichert dann zwölf Kilowattstunden Energie.

 

Norbert Lossau

 

Mit freundlicher Genehmigung der Axel Springer AG.