Se ha llamado superconductores a elementos capaces de conducir la corriente eléctrica sin ofrecer resistencia. El cobre es un buen conductor de la corriente y es por eso que se usa para cables eléctricos. Sin embargo no es un "superconductor", porque el transporte de la electricidad desde las plantas productoras hasta los lugares en que esta se consume, produce una pérdida cercana al 15% debido a la resistencia que opone el metal a la transmisión de la electricidad. La resistencia se transforma en calor que se disipa sin beneficio para nadie.

El ideal es que esto no ocurriera y que la corriente fluyera a través del alambre de cobre sin que hubiera pérdidas. Si esto se consiguiera tendría enorme importancia, no sólo por el ahorro de energía, sino también por los nuevos usos que de esta condición de superconducción se pueden derivar.

A comienzos del siglo XX se observó que al enfriar un metal disminuía la resistencia al paso de la corriente eléctrica, y que si se lograba enfriarlo hasta 10 grados Kelvin (lo que equivale nada menos que a -263 grados centígrados), se lograba que la corriente fluyera sin resistencia. A esta condición se le llamó “superconductividad". Este fue un gran descubrimiento para los físicos de ese entonces, pero no se le veía ninguna aplicación práctica por la gran dificultad de enfriar el metal hasta esos extremos. Esa temperatura tan baja sólo era posible alcanzarla en laboratorios muy especializados.

Por mucho tiempo este descubrimiento no pasó más allá de ser un hallazgo interesante, sin que se vislumbrase posibilidades de aplicación. Pero en la década de los ‘80 comenzaron a descubrirse otros materiales no metálicos que podían adquirir la condición de superconductividad a mayores temperaturas, sin necesidad de enfriar tanto. Alexander Müller y George Dednorz, físicos de IBM en Zurich, publicaron en el año 1986, en una oscura revista de física alemana, que con una mezcla muy especial de Lanthanium-barium y óxido de cobre, se adquiría la propiedad de superconductividad a una temperatura de 35 grados Kelvin. Más tarde, en el año 1987, los mismos autores descubrieron que otra mezcla (Yttrium barium óxido de cobre), adquiría esta misma propiedad enfriando a una temperatura de 93 grados kelvin. Por ello obtuvieron el premio Nóbel en física.

Pocos años más tarde Paul Chu de la Universidad de Houston, Texas, y sus colaboradores, avanzaron un paso más, describiendo una mezcla de yttrium barium óxido de cobre (YBCO), que adquiría la superconductividad a una temperatura de 95 grados Kelvin (Avances en la superconductividad). Las investigaciones continuaron, y un año más tarde (1988), otro grupo de investigadores afirmó que con una nueva mezcla (bismuto strontium calcio oxido de cobre) (BSCCO), se lograba la superconductividad a 110 grados Kelvin. Luego otro grupo afirmó lo mismo, pero a una temperatura de 138 grados Kelvin (mercurio barium calcio óxido de cobre) (Fig. 1). Han sido varias las mezclas de cerámicas superconductoras y casi todas contienen cobre. Pero allí parece que se detuvo la carrera. A estas combinaciones de elementos se las denominó Conductores de Altas Temperaturas (HTS).


Del laboratorio a la aplicación

Ya a estas temperaturas, aunque cuando no había acuerdo de cómo y por qué se producía la superconducción, comenzó a pensarse en su utilización. (La superconductividad de alta temperatura ¿Un simple problema de orden?). Enfriar a temperaturas tan bajas (10 grados kelvin), sólo es posible si se dispone de helio líquido, lo que es caro y poco práctico por la dificultad de mantener en el tiempo tan baja temperatura. En cambio es posible enfriar hasta 138 grados Kelvin con nitrógeno líquido, que es 20 veces más barato que el helio. Con estos avances los investigadores comenzaron a pensar que la utilización de este descubrimiento estaba ya a la vuelta de la esquina.

Pero pasaron 20 años más sin que esto se concretara, no porque no encontrasen la utilización práctica, sino porque los esfuerzos por comercializar los superconductores de alta temperatura (HTS) no prosperaban. Eran pocas las empresas que estaban dispuestas a poner un capital de riesgo en ello. Ha sido sólo ahora que las aplicaciones han comenzado a concretarse.

Los materiales logrados capaces de transmitir la corriente eléctrica sin resistencia (superconductores) corresponden a cerámicas quebrables, lo que hace difícil utilizarlas para fabricar cables de kilómetros de largo. Sin embargo, ya en 1988 se había logrado fabricarlos introduciendo la mezcla bismuto strontium calcio óxido de cobre (BSCCO) en un tubo de plata, logrando así fabricar cables de alta tensión, útiles para motores industriales de alta eficiencia, sistemas de propulsión de barcos o almacenamiento electrónico en ruedas libres.

Sin embargo hay que reconocer que este proceso es aún de difícil extensión, porque es muy caro. Mientras tanto otros investigadores han continuado avanzando, pero esta vez ensayando el YBCO. En el año 1995, físicos de Los Alamos National Laboratory en Tennessee, han fabricado un cable de 2.5 cms, de mucho menor costo, que puede transportar 1 millón de amperes por centímetro cuadrado de sección. Con este cable de segunda generación, se ha logrado incrementar la resistencia del material como para llegar a fabricar largos cables y con ello lograr campos magnéticos más baratos.

Esta nueva estrategia parece estar dando buenos resultados. En Agosto de 2006 se celebró una conferencia de superconductividad en Seattle, Washington y muchas empresas mostraron ya estar aplicando YBCO en la fabricación de cables. Xuming Xiong, un científico de SuperPower, afirmó que en su compañía ya está produciendo cables de 700 a 800 metros de largo, e incluso se está construyendo una planta piloto para fabricar cables de más de un kilómetro. Otras empresas también están usando estos cables para fabricar selenoides para magnetos superconductores, lo que está permitiendo levitar trenes, ahorrando la fricción de las ruedas sobre el riel, con lo cual se alcanza suavidad y velocidades de hasta 500 kilómetros por hora.

Los aceleradores de partículas con que experimentan los físicos, también usan magnetos superconductores. Allí las partículas se aceleran y chocan en un túnel de más de dos kilómetros de largo, y ello se consigue con fuertes campos magnéticos que sólo con superconductores se pueden lograr.

Los cables llamados de primera generación (BSCCO) ya se están comercializando, mientras que con los de segunda generación ya se están fabricando prototipos de diversos productos con altas potencialidades de comercialización. Todo parece indicar que por primera vez se ven posibilidades concretas para el uso de superconductores de alta temperatura (HTS). James Daley que dirige el programa de superconductividad en el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), cree que ahora ha llegado la época de la gran demanda, ya que la red eléctrica de los Estados Unidos necesita reemplazarse, mientras que por otra parte la demanda por la energía eléctrica continúa aumentando a razón de un 2.6% al año. Estos cables con la propiedad de superconductividad, pueden llevar cinco veces mas fuerza eléctrica que los cables eléctricos convencionales. Otra ventaja es el significativo menor peso de los cables para transportar igual potencia, lo que hace más fácil empujarlos a través de los ductos subterráneos (Comienza la revolución de los superconductores). DOE piensa que en los próximos años en Estados Unidos deberían reemplazarse por HTS alrededor de 3.550 kilómetros de cables subterráneos. Para usarlos habría que construir estaciones de refrigeración cada 500 metros de distancia, lo que no parece ser un obstáculo.

Ya se han realizado tres proyectos demostrativos. Así por ejemplo, el 20 de Julio del 2007 se ha llegado a un acuerdo de colaboración entre unas compañías de HTS y otra de enfriamiento, para conectar el primer cable HTS en Albany, New York (Fig. 2). En este caso se trata de un cable de 350 metros de largo, que va a transportar suficiente energía como para abastecer 70.000 casas en esa localidad. Otros ensayos ya se han realizado en Copenhaguen, se ha estado enviando energía eléctrica por cables superconductores a 150 mil hogares. Algo parecido se ha estado ensayando en Tokio.

Pero los cables no son la única aplicación de HTS. Investigadores de todas partes están ya desarrollando diferentes tipos de aparatos electrónicos que utilizan uniones de alambres superconductores que actúan como interruptores eléctricos de gran potencia y eficiencia (uniones Josephson), como también aparatos magnéticos y sensores ópticos, con materiales HTS finos. Los sensores ya se están utilizando en diversas aplicaciones, como por ejemplo en experimentos de computación cuánticas y en aparatos de imágenes de uso médico que pueden pesquisar pequeñas diferencias magnéticas en los tejidos. Ya se esta imaginando que cada médico especialista podría llegar a tener en su consulta un aparato de resonancia nuclear magnética para escanear el cerebro (Resonancia magnética nuclear: una ventana a las funciones vitales). Es así como el futuro de los HTS ya estará en la fabricación de diversos aparatos eléctricos.

A pesar de estos pronósticos alegres, la industria de HTS aún enfrenta obstáculos. En la mente de los empresarios, la tecnología del HTS es aún de alto riesgo. Las potenciales empresas interesadas no se sienten incentivadas para largarse en lo que estiman constituyen aún futuras aventuras, donde el mayor obstáculo está en los costos que tendrían que pasarlos a sus usuarios. Sin duda que por ahora este es el principal desafío que deberá enfrentar los aparatos que utilicen HTS. En realidad los cables HTS son cinco veces más caros que sus equivalentes de cobre. En lo que toca a nosotros, por ahora podremos seguir vendiendo cobre. Más adelante podrían llegar a ser una amenaza

Si en el futuro llegara a establecerse el por qué los HTS pueden adquirir la superconducción, tal vez podría llegarse a lograr la superconductividad a temperatura ambiental (Fig. 1). ¡Eso sí que sería valioso! Por ahora tendremos que conformarnos con separar el nitrógeno del aire y licuarlo a un costo razonable para enfriar los HTS cada 500 metros.