SOFT-Preis: ausgezeichnete Leitung

Der Querschnitt des Kreuzleiters CroCo ist mit dem namensgebenden Kreuz aus supraleitenden Bändern ausgefüllt. Dadurch kann er hohe Ströme tragen. (Bild: KIT)

Der Querschnitt des Kreuzleiters CroCo ist mit dem namensgebenden Kreuz aus supraleitenden Bändern ausgefüllt. Dadurch kann er hohe Ströme tragen. (Bild: KIT)

Den mit 50.000 Euro dotierten SOFT Innovation Prize der EU für Fusionsforschung erhält ein Forscherteam des Karlsruher Instituts für Technologie KIT gemeinsam mit dem Swiss Plasma Center SPC. Ein Team des Instituts für Technische Physik des KIT hat ein supraleitendes Leiterkonzept entwickelt, das aufgrund des energieeffizienten Stromtransports als Basiselement für zukünftige Hochstromkabel in Fusions­kraft­werken, Industrie­anlagen oder Gleich­spannungs-Strom­netzen dienen könnte. Der Preis wurde heute während des Symposiums on Fusion Technology SOFT in Prag übergeben.

„Nachhaltige Energiequellen und vor allem die zuverlässige Verteilung von Energie sind wichtige Bausteine für die Energie­wende“, stellt Prof. Holger Hanselka, Präsident des KIT, fest. „Die Auszeichnung unter­streicht, welch wesentlichen Beitrag das KIT zur Forschung, zur Energie­wende und zur Zukunfts­fähigkeit unserer Gesellschaft leistet.“

„Unser neuartiges Leiterdesign mit kreuzförmigen Querschnitt schafft es mehr Strom energie­effizient zu transportieren als vergleichbare Kabel und ist sehr einfach zu fertigen“, freuen sich Dr. Walter Fietz und Dr. Michael Wolf, die Entwickler des CroCo genannten Leiter­konzepts. „Die Auszeichnung der EU für unser Konzept freut uns und zeigt, wie vielversprechend es für die Anwendung ist.“

Der am KIT entwickelte Kreuzleiter (englisch CrossConductor, kurz CroCo) besteht aus bandförmigen Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) in zwei verschiedenen Breiten. Diese werden gestapelt und auf voller Länge verlötet, wobei im Querschnitt ein Kreuz entsteht. Durch eine zusätzliche leichte Verdrillung der Bänder werden die magnetischen Eigen­schaften des Leiters optimiert. Schließlich wird der Leiter noch in einem Kupferrohr verpackt und die Lücken zwischen Kreuz und Rohr mit Lot gefüllt. „Auf diese Art wird der herstel­lungs­bedingt flache, band­förmige Supra­leiter effizient in ein Rundkabel überführt, dessen Form die weitere Verarbeitung mit Standard­prozessen enorm erleichtert“, erklären Fietz und Wolf. Mittels des zum Patent angemeldeten Prototypen einer Fertigungs­anlage konnten sie zeigen, dass die kontinu­ierliche Fertigung von CroCo-Leitern aus supra­leitenden Bändern auf einfache Weise möglich ist.

Der Innenleiter von CroCo ist aus flachen, supraleitenden Bändern unterschiedlicher Breite aufgebaut. (Bild: KIT)

Der Innenleiter von CroCo ist aus flachen, supra­leiten­den Bändern unter­schied­licher Breite aufgebaut. (Bild: KIT)

Hochtemperatur-Supraleiter sind keramische Werkstoffe, deren vorteil­haften Eigen­schaften wie den wider­stands­losen Stromtransport bei Temperaturen von typi­scher­weise minus 200 Grad Celsius auftreten. Aller­dings lassen sie sich nur als mikro­meter-dünne Beschichtung auf Metall­bändern in großen Längen herstellen. Die ursprüng­liche Idee, flache supraleitende Bänder zylinder­förmig mit Kupfer zu ummanteln, stammt aus dem Swiss Plasma Center. Fietz und Wolf nahmen diese auf und haben in mehr­jähriger Forschung das CroCo-Konzept entwickelt, das mehr Supra­leiter enthält sowie stabiler und einfacher zu fertigen ist, was sie mittels des Prototypens einer Fertigungs­anlage zeigen konnten. Energieübertragungskabel auf Basis des CroCo-Konzeptes könnten je nach Kühltemperatur 10- bis 100-mal mehr Strom tragen als ungekühlte Kupferkabel.

In Fusionskraftwerken wie ITER werden Hochstromkabel für Ströme bis 68.000 Ampere benötigt, um die supraleitenden Spulen zu versorgen, die das plasmahaltende Magnetfeld erzeugen. Aber auch in energieintensiven Industrieprozessen, etwa in Aluminiumhütten, Rechenzentren, bei der elektrolytischen Abscheidung chemischer Elemente sowie bei der Energie­erzeugung in Offshore-Windparks, werden mittler­weile Kabel benötigt, die elektrischen Gleich­strom von 10.000 bis über 100.000 Ampere tragen können. Im Rahmen der Energie­wende könnten supra­leitende Kabel eingesetzt werden, um Gleich­spannungs-Über­tragungs­netze einzurichten, die erneuerbare Energien in Zukunft nahezu verlustfrei vom Erzeuger zum Verbraucher leiten. Der Einsatz von Supraleitern könnte helfen, Material- und Installationsaufwand, Platzbedarf und vor allem Übertragungsverluste und Wärmeentwicklung zu minimieren.

Der SOFT Innovation Prize zeichnet exzellente Ideen und Entwicklungen aus der Fusionsforschung aus und wird während des Symposiums on Fusion Technology vergeben. Die Auszeichnungs­kriterien sind Originalität, hervor­ragende Leistung, wirtschaft­liche Relevanz und Erfolgs­aussichten. Das Preisgeld soll für Weiter­entwicklung und Kommer­ziali­sierung der Techno­logie eingesetzt werden. Das Horizon2020 Euratom Forschungs- und Bildungs­programm 2014-2018 unterstützt den Preis.

Links: 29. Symposium on Fusion Technology (SOFT), Prag, Tschechische Republik • KIT-Zentrum Energie, KarlsruheSwiss Plasma Center SPC, École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL, Schweiz

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