Un poco de historia

Se ha llamado "superconductividad" a la propiedad de conducir electricidad sin resistencia. Toda una red de alambres de cobre y aluminio conducen la electricidad desde las plantas generadoras a los lugares donde ésta se consume (industrias, hogares, oficinas, alumbrado público, etc.), pero en este viaje se produce una importante pérdida cercana al 15%. Ello se debe a la resistencia eléctrica de los cables de transmisión. Por ello la corriente se pierde como calor.

El ideal sería que no fuese así, y que la corriente fluyera sin que hubiera pérdidas. La importancia del tema justifica que se venga hablando de ello desde hace varias décadas. A comienzos del siglo XX se observó que la resistencia eléctrica de un alambre de metal puro, disminuía si se lograba enfriarlo. Fue así como se comprobó que la resistencia eléctrica de un alambre de metal disminuía en la medida que se bajaba la temperatura. Si ésta llegaba a 10 grados Kelvin, que equivalen a -263º C, se podía lograr que la corriente se transmitiera sin resistencia. A esta condición se le llamó superconductividad. Para los físicos fue un descubrimiento importante, pero no se le veía ninguna aplicación práctica, ya que esas temperaturas tan bajas sólo se podían lograr en un laboratorio especializado. Se observó además, que esta propiedad era muy elusiva, ya que si en el paso de la corriente ésta se encontraba con campos magnéticos moderados, el metal perdía la condición de superconductor. Una gran corriente, inevitablemente genera campos eléctricos, de modo que esto constituía un obstáculo más, que imposibilitaba cualquier aplicación.

A pesar de ello se siguió investigando. Entre los años 1950 y 1960, los investigadores comenzaron a encontrar aleaciones metálicas superconductoras a temperaturas bajas (hablando en grados Kelvin), pero que no perdían esta propiedad si en su camino la corriente se encontraba con campos magnéticos, aun cuando éstos fueran grandes.


Más tarde, en la década del `80, comenzaron a descubrirse nuevos materiales superconductores, que no eran metales ni aleaciones, sino óxidos de material cerámico y cobre (Creces, Septiembre 1987 y Septiembre 1991). Lo interesante de ello es que adquirían la propiedad de superconducción, pero sin necesidad de enfriarlos tanto, como ocurría con los superconductores metálicos. Para ello bastaban 130 grados Kelvin. Fue este un primer avance, pero aun así el descubrimiento no era práctico.

Pasaron varios años más, hasta que en 1987 se consiguió una nueva mezcla que adquiría la propiedad de superconducción a una temperatura de 93 grados Kelvin. Un año más tarde, en 1988, otro grupo de investigadores afirmó que con una nueva mezcla, había logrado la propiedad de superconducción a una temperatura de 110 grados Kelvin. Luego otro grupo afirmó lo mismo, pero a una temperatura de 134 grados Kelvin. Sin embargo, aun así no se le veía una aplicación práctica, ya que para bajar la temperatura a esos niveles, se requería de helio líquido, lo que era caro y difícil de manipular.

No se desanimaron y las investigaciones continuaron. Hace pocos años se lograron mezclas de diferentes materiales, que eran superconductores a temperaturas de 70 grados Kelvin. Por supuesto que al lograr la superconductividad a mayores temperaturas, se comenzó a ver como posible la aplicación de esta propiedad. Aún se requiere enfriar, pero ello se puede lograr con nitrógeno líquido que tiene un costo 20 veces más bajo que el helio líquido.

Con este logro, ya son varias las industrias que han comenzado a fabricar con esta mezcla, cintas de pocos milímetros de ancho que transmiten la corriente sin resistencia. Aun cuando no hay una explicación clara de por qué al bajarles la temperatura se adquiere esta propiedad (La superconductividad) , se ha comenzado a fabricar cables con este material los que se pueden enfriar en forma continua con nitrógeno líquido. Con las cintas se han recubierto ductos que en su interior transportan nitrógeno líquido. Todo ello, lo han recubierto con capas aislantes térmicas, llegando a contar en esta forma con un cable superconductor (ver figura).

Estos cables ya están disponibles en longitudes que van de metros a kilómetros. Enfriados por nitrógeno líquido, que circula en el ductus interior, son capaces de transportar corriente de 100 amps o más, sin resistencia. "Estos cables proveen tres veces más capacidad que un cable de cobre del mismo tamaño", asegura Paul Grant del Electric Power Research Institute, Palo Alto en California (New Scientist, Octubre 13, 2001, pág. 36). Con ellos el próximo mes se iniciará una etapa piloto experimental en Detroit (Frisbie), con tres cables superconductores de 120 metros de largo. Se pretende distribuir corriente eléctrica con estos cables a 30 mil casas. Todo parece indicar que se ha iniciado la era de los superconductores.


Aun hay limitantes

Por ahora estos cables son más caros que los convencionales de cobre. Las cintas que se han construido, necesitan de un 70% de plata, ya que ésta es necesaria para mantener unidos los diferentes constituyentes del material del cable. Los industriales esperan que los costos bajen cuando más adelante se llegue a una producción en escala. En la actualidad, incluyendo el sistema de refrigeración, el precio es de dos a tres veces superior con relación a un cable de cobre del mismo poder.

Pero las investigaciones no se detienen y a comienzos de este año se hizo un asombroso descubrimiento. Se trata del "diborito de magnesio" (MgB2), que adquiere la propiedad de superconductor a una temperatura de 39 grados Kelvin (La biologia actual y la etica) . "Esta es la temperatura más alta a que un material no óxido de cobre, puede adquirir la propiedad de superconducción", señala su descubridor Jun Akimitsu, de la Universidad de Aoyama Akuin en Tokio. El material es barato y fácilmente disponible y no ofrece dificultades para construir con él un cable. Lo que es más importante es que la superconductividad permanece estable aun con altas corrientes o campos magnéticos.

Pero aun sin considerar este último avance, los cables superconductores pueden todavía ser una alternativa económica, especialmente cuando los cables convencionales no tienen la capacidad de satisfacer la demanda por corriente. El factor clave es que es más fácil y barato instalarlos en lugar de agregar más cables de cobre. Un cable superconductor puede llevar por lo menos tres veces más poder que el cable el cobre que reemplaza, de modo que un cambio directo aumenta automáticamente el poder. En el ensayo que se hará en Frisbie, Detroit, se reemplazarán los antiguos cables que contienen 8 toneladas de cobre, por tres cables superconductores de 110 kilos. Aun en términos de capacidad, el poder de los nuevos cables supera a los viejos. Su menor peso hace más fácil empujarlos a través de los ductos subterráneos existentes.

Con todo hay que reconocer que estos nuevos cables no son perfectos. Un obstáculo es que no logran eliminar totalmente la pérdida de corriente. Es cierto que estos cables superconductores pueden transportar altas corrientes sin afectarse por los campos magnéticos, y eliminando a cero la resistencia. Pero ello es cierto sólo cuando transmiten corriente directa. Con la corriente alterna que fluye a través del sistema de distribución, sufren algunas pérdidas de energía. Ello es debido a que el campo magnético creado por la corriente, penetra en regiones específicas el superconductor, creando islas o "vórtices" de conductividad normal. Las variaciones resultantes de los ciclos hacia atrás y adelante de corriente alterna, hace que se pierda energía en el superconductor mientras esto ocurre. Los cables de alto voltaje, que transportan corrientes bajas, pierden menos poder, pero en todo caso la pérdida es de 1%.

Los nuevos cables pierden sólo un 200 avo de poder, en relación a un cable de cobre equivalente. Los cables de cobre pierden como calor tanta electricidad, que muchas transmisiones y transformadores necesitan ser enfriados haciendo circular aceite, en la misma forma que es necesario hacerlo en un motor de automóvil. Todo esto trae sus propios problemas, siendo frecuentes el fuego y los escapes de aceite.

El otro problema que aún queda por mejorar, se refiere a la tecnología de refrigeración necesaria para producir la condición de superconducción en el cable. El suministro de nitrógeno no está aún en uso comercial. Lo que se va a hacer en Frisbie es sólo provisorio. Sin embargo se espera que en el futuro no habría problema en separar el nitrógeno del aire y licuarlo a un costo razonable. Esto es algo que se ha estado haciendo por décadas y no se ven razones fundamentales que vayan a impedir construir estaciones de refrigeración, instalándose a 500 metros de distancia unas de otras.

En todo caso, el sistema ya ha comenzado a operar. En Mayo del 2001, en Copenhague, se empezó a enviar energía eléctrica por cables superconductores a 150.000 hogares. Lo mismo se está ensayando en Tokio. Se espera que en un futuro cercano, el Departamento de Energía de Estados Unidos anuncie tres proyectos de superconducción, junto con la construcción de una sub-estación.

Para nuestra economía esto constituye una noticia alarmante, que nos debe obligar a tomar medidas. Bien sabemos que aún dependemos en gran medida de la exportación de cobre y que la tendencia actual es la de reemplazarlo en muchos de sus usos. Ya ha sucedido con la fibra de vidrio en las comunicaciones, con los plásticos en los tubos de cobre, sobre la cual continúa la presión, y ahora los cables de cobre. Todo pareciera indicar que a futuro, el cobre podría repetir la historia del salitre. Afortunadamente, si todo anda como lo ven los expertos, el reemplazo no va a ocurrir de la noche a la mañana, pero comenzará a imponerse en la medida que vayan incrementándose las necesidades energéticas. Es este el tiempo que debemos aprovechar para buscar nuevas alternativas y estrategias. Ojalá que el proceso no nos pille como a las vírgenes necias del Evangelio.