Cabos supercondutores batem recorde de potência

O cabo supercondutor de corrente contínua (direita), em comparação com um cabo supercondutor tradicional (esquerda).[Imagem: Best Paths/Divulgação]

As soluções tecnológicas para fios supercondutores estão estabelecendo novos recordes, abrindo caminho para sua adoção prática.

Um consórcio reunindo especialistas de 10 países europeus, de universidades e empresas privadas, apresentaram seu mais recente feito, um sistema de cabos supercondutores de corrente contínua que inclui isolantes e terminais de alta tensão.

O cabo supercondutor conduz até 3,2 GW de energia elétrica, o que é 500 vezes mais eletricidade do que se pode transmitir usando fios de cobre, e é um melhoramento significativo em relação ao cabo supercondutor apresentado pela mesma equipe em 2016.

“Pela primeira vez, projetamos um sistema de cabos supercondutores de alta tensão capaz de operar em corrente contínua, enquanto todos os projetos existentes lidam apenas com corrente alternada. A tarefa mais desafiadora é gerenciar a conexão entre o cabo e a rede existente usando terminais de alta voltagem. Isto irá definir os padrões do futuro para redes de alta tensão,” disse Christian Eric Bruzek, gerente do projeto.

Outra inovação da tecnologia supercondutora apresentada pelo consórcio é que o cabo é fabricado usando diboreto de magnésio como material supercondutor, que é mais barato de produzir do que materiais à base de ítrio, por exemplo, usado no recorde mundial de corrente elétrica batido por um supercondutor há alguns anos.

Detalhe do cabo supercondutor usado nos testes pela equipe alemã. [Imagem: ITEP/KIT]

A disponibilidade de novos cabos supercondutores de menor custo e alto desempenho também está sendo crucial para um projeto realizado na Alemanha, que pretende mudar a forma de interligação dos linhões, as grandes redes de distribuição que trazem a eletricidade das usinas, com as redes urbanas.

Engenheiros do Instituto Karlsruhe de Tecnologia já estão com um projeto pronto para usar cabos supercondutores subterrâneos para fazer o caminho final entre as torres de distribuição e as subestações urbanas.

A proposta do projeto Ensure é baseada em conceitos de cabos e sistemas de refrigeração - os cabos supercondutores funcionam a temperaturas criogênicas - especialmente projetados para a tensão de 380 kilovolts (kV).

“Este é um grande desafio técnico porque a tecnologia de supercondutor nunca foi usada antes neste nível de tensão,” explica o professor Mathias Noe, coordenador do projeto. “Demonstramos agora que isso é tecnicamente viável com nossos novos conceitos de cabos”.

O sistema de cabos está sendo projetado para uma potência contínua de 2.300 megawatts (MW). As perdas sob uma alta carga de corrente são significativamente menores do que as de uma linha acima do solo ou de cabos convencionais com condutores de cobre.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=cabos-supercondutores-batem-recorde-potencia&id=010115180806&ebol=sim#.W2s9JtJKiyI

Transmissão em supercondutor de alta temperatura (Advanced Energy Tech of the Week: High Temperature Superconducting Transmission)

O plano de regular as emissões de carbono da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) é o mais recente desafio para o sistema americano de energia elétrica. A inovação tecnológica é interromper velhas formas de fazer negócios e acelerar a modernização da rede. No ano passado, foi publicado um relatório Tecnologias Avançadas de Energia para a Redução de Gases de Efeito Estufa, detalhando o uso, a aplicação e os benefícios de 40 tecnologias avançadas de energia e serviços específicos. Esse post é parte de uma série tirada dos perfis de tecnologia dentro desse relatório.

A supercondutividade é uma propriedade de alguns materiais em que a resistência elétrica, que normalmente diminui progressivamente com a diminuição da temperatura, de repente, cai para zero, abaixo de uma temperatura crítica. Avanços em materiais criaram os supercondutores de alta temperatura (HTS), com temperaturas críticas relativamente “quentes” de -315 °C a -230 °C para permitir o uso de fluidos refrigerantes menos dispendiosos e fáceis de manusear, tal como nitrogênio líquido. A transmissão de energia elétrica em HTS passa através de um cabo isolado com nitrogênio líquido de alta pressão bombeado por equipamentos de refrigeração. O isolamento permite ao HTS transportar 10 vezes mais corrente (com quase nenhuma perda de potência) do que um cabo padrão de espessura semelhante. Essas linhas podem se conectar diretamente à rede de transmissão AC existente para adicionar uma capacidade de transmissão altamente eficiente de modo a aliviar a congestão, sem a necessidade da aplicação de altas voltagens. A comercialização de HTS para a transmissão está começando a se desenvolver. Vários utilitários começaram a usar a transmissão HTS para projetos em áreas urbanas que não têm espaço para grandes torres de transmissão ou equipamentos transformadores extras. Por exemplo, a Long Island Power Authority (LIPA), utilizando tecnologia da American Superconductor e Nexans, instalou um cabo de transmissão ac supercondutor com 574 MW de capacidade com um metro de largura. Devido à elevada densidade de energia dos cabos, a LIPA foi capaz de aumentar substancialmente a capacidade de transmissão.

A capacidade do HTS para aliviar os gargalos de transmissão permite uma operação mais eficiente da rede e ajuda a reduzir as emissões e as perdas de energia de transmissão. Além disso, evita a maioria dos desafios que afetam projetos de transmissão tradicionais. Como as linhas de HTS não emitem ou recebem interferência, posicioná-las em estreita proximidade umas das outras não impede o seu funcionamento ou de objetos próximos sujeitos a campos electromagnéticos. Isto permite a utilização de sistemas muito estreitos, e cabos HTS podem ser embalados e enterrados firmemente, reduzindo as necessidades de terra e permitindo a implantação de linhas onde de outra forma seriam difíceis ou impossíveis.

Fonte: http://www.theenergycollective.com/coley-girouard/2217856/advanced-energy-technology-week-high-temperature-superconducting-hts-transmis

Fios de eletrificação supercondutores em teste no Japão (Superconducting electrification wires on test in Japan)

O Instituto de Pesquisas Tecnológicas Railway (RTRI) do Japão está reivindicando a primazia mundial após concluir com sucesso testes com fios supercondutores no sistema de eletrificação de sobrecarga de uma linha operacional de passageiros.

        Os testes foram realizados em 20 quilômetros da linha ferroviária Sunzu Izuhakone de Mishima para Shuzenji, que é eletrificada a 1.5 kV dc.

        O fio supercondutor foi usado para ligar os transformadores ac-cc a uma subestação para o sistema de abastecimento de tração, e o cabo foi resfriado a -196 °C.

        O RTRI diz que em função da baixa resistência elétrica dos cabos supercondutores, importantes economias de energia são possíveis e a estabilidade da tensão pode ser aumentada. Esta é uma vantagem particular em sistemas de eletrificação de corrente contínua, porque a tensão cai à medida que a distância a partir da subestação aumenta. Isso pode limitar a eficácia dos sistemas de travagem regenerativa, que só são plenamente eficazes se houver outro trem nas proximidades para usar a energia gerada pela frenagem. Com a maior estabilidade atual, os freios regenerativos podem operar de forma mais eficaz.

Fonte: http://www.railjournal.com/index.php/asia/superconducting-electrification-wires-on-test-in-japan.html?channel=540

Cabos supercondutores impressos são mais baratos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/02/2015

Depois de ‘impressas’, as fitas supercondutoras são recobertas com várias camadas isolantes para proteção. [Imagem: Eurotapes/Divulgação]

Os cabos supercondutores já estão batendo recordes de corrente elétrica há algum tempo. Mas eles ainda são enormes e caros, em grande parte porque são difíceis de fabricar, baseados em materiais quebradiços.

        A solução está vindo na forma de fitas supercondutoras, que podem ser fabricadas por uma técnica de baixo custo e montadas umas sobre as outras ou torcidas para formar cabos flexíveis.

        “É um avanço real produzir supercondutores com esta técnica, já que seus custos de produção serão muito menores do que com os métodos existentes,” disse Xavier Obradors, do Instituto de Ciências dos Materiais da Espanha, coordenador do projeto Eurotapes, financiado pela União Europeia.

A equipe desenvolveu duas técnicas para fabricar as fitas supercondutoras. A primeira é baseada em um processo de deposição química. A segunda usa misturas nas quais são diluídos nanocompósitos com dimensões entre 1 e 100 nanômetros. Essa mistura é aplicada como se fosse uma tinta, em um processo adaptado da impressão a jato de tinta.

        Obradors afirma que as fitas supercondutoras, flexíveis e de baixo custo, poderão tornar as turbinas eólicas duas vezes mais eficientes ao permitir a substituição dos cabos de cobre usados hoje em seus geradores.

        A equipe espera também que seus ‘cabos impressos’ sejam utilizados no projeto de reatores de fusão nuclear e na fabricação de equipamentos mais eficientes e menores de ressonância magnética.

        Mas há várias outras possibilidades de uso, às quais a equipe pretende se dedicar na fase final do projeto, voltada à identificação de aplicações tecnológicas. Esta fase deverá durar até Fevereiro de 2017.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=cabos-supercondutores-impressos&id=010115150225#.VO29uC5wv8I

LSC&S lança primeiro projeto de cabo supercondutor do mundo (LS C&S launches world‘s first superconducting cable project)

Mercado global de cabos supercondutores

LS Cable & System, maior fabricante de cabos de transmissão de energia da Coreia do Sul, iniciou o teste de verificação de seu cabo supercondutor de corrente contínua. A mudança veio depois de ter concluído a instalação de um cabo supercondutor de 80 kilovolt na grade interna da KEPCO no mês passado.

       “A empresa lançou pela primeira vez no mundo o projeto piloto para o cabo supercondutor, e o sistema será executado nos próximos seis meses”, disse a empresa em um comunicado à imprensa. “O teste de lançamento ajuda a LS Cable & System a ser reconhecida como uma companhia de primeira linha no mercado de transmissão de energia da próxima geração”.

       LSC & S produziu um cabo supercondutor de corrente alternada em 2004. Em seguida, a empresa desenvolveu o seu cabo supercondutor DC no ano passado. LSC & S é a única empresa no mundo que tem ambas as tecnologias de cabo AC e DC, disse a empresa.

       Segundo a Korea Industries Confederation for Commercialization of Superconductivity, o mercado de cabo de alimentação supercondutor, que ainda está em seus estágios iniciais, deve crescer para 44,9 bilhões de dólares em 2050.

       Cabos de alimentação supercondutores têm atraído a atenção dos investidores, uma vez que são menores, oferecem maior volume de transmissão do que os cabos de cobre e não tem perdas de eletricidade durante a transmissão.

       “O cabo supercondutor não é mais um ‘cabo do sonho’. Projetos multibilionários relacionados estão sendo implantados em cerca de 10 países, incluindo os EUA e China, bem como a Coreia,” diz Koo Ja-eun, CEO da LS Cable & System.

       Supercondutores são extremamente úteis em áreas urbanas congestionadas, onde a procura por energia aumenta, embora o espaço subterrâneo para cabos já esteja saturado, acrescentou a empresa.

Fonte: http://www.koreaherald.com/view.php?ud=20141119000951

Grafite revela suas faces supercondutora e ferromagnética (graphite reveals their superconducting face)

Com informações da Agência Fapesp - 07/01/2013

 O mundo vai mudar

          Alguns elementos químicos, como o mercúrio, o chumbo e as ligas à base de nióbio, são capazes de conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas quando submetidos a baixíssimas temperaturas - na ordem de menos 270 graus Celsius. São os chamados supercondutores.

    Tal propriedade permitiu o desenvolvimento de poderosos eletroímãs usados, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética, espectrômetros de massa, aceleradores de partículas, trens de levitação magnética e redes inteligentes capazes de transportar energia elétrica com maior eficiência.

    A aplicação dessa tecnologia, no entanto, é limitada pela dificuldade e pelo custo do resfriamento extremo, geralmente feito com hélio ou nitrogênio líquido.

    A busca de materiais capazes de se comportar como supercondutores em temperatura ambiente, portanto, tem mobilizado cientistas de todo o mundo, entre eles Yakov Kopelevich, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “O máximo que já se conseguiu no meio acadêmico foi fazer um supercondutor funcionar em torno de menos 100 graus Celsius. Se realmente encontrarmos um supercondutor que funcione em temperatura ambiente, o mundo vai mudar,” profetizou Kopelevich.

Devido aos custos de instalação e manutenção, o maior cabo supercondutor do mundo, instalado na Alemanha, tem pouco mais de 1 km de extensão. [Imagem: Nexans]

Grafite supercondutor

    Em 1999, Kopelevich observou evidências de supercondutividade no grafite - mineral composto por átomos de carbono - em uma faixa de temperatura que vai de menos 271 até 27 graus Celsius positivos.

  “A grande dificuldade é que, embora existam características supercondutoras no grafite, elas se encontram somente em alguns locais do material. Precisamos achar meios de extrair esses elementos e potencializar o fenômeno. Não é uma tarefa simples, mas já encontramos um caminho para realizá-la,” disse Kopelevich.

   O pesquisador vem trabalhando com um método conhecido como dopagem eletrostática, que consiste em aplicar um campo elétrico sobre o material para forçar a redistribuição da carga elétrica na superfície.

   “A ideia é trazer mais elétrons, que são os portadores de eletricidade, para a superfície do grafite. Aumentando a densidade de elétrons na superfície do material é possível induzir a supercondutividade”, explicou.

  Segundo Kopelevich, o Brasil possui uma das maiores e melhores reservas mundiais de grafite no Estado de Minas Gerais. “Se alcançarmos nosso objetivo, o Brasil será o melhor lugar para produzir supercondutores de grafite”, afirmou.

O magnetismo inesperado do grafite entusiasmou pesquisadores da área da spintrônica. [Imagem: Kees Flipse]

Ferromagnetismo no grafite

Embora sua principal linha de pesquisa seja no campo da supercondutividade, Kopelevich também se dedica a buscar meios de potencializar outra propriedade observada no grafite: o ferromagnetismo. Nesse caso, o fenômeno também está concentrado em algumas partes do material, mas a oxidação do mineral amplia o efeito. “Para isso, basta transformar o grafite em pó e expor ao oxigênio,” disse.

     O ferromagnetismo é importante para a produção de ímãs de diversos tipos - desde aqueles usados em geladeiras, como também os de motores, equipamentos eletrônicos, peças de computador, geradores e transformadores de energia. Há seis elementos naturais com propriedades ferromagnéticas e somente três que funcionam em temperatura ambiente: ferro, cobalto e níquel, explicou Kopelevich. “Acreditava-se que esse fenômeno só era possível em elementos pesados, mas o carbono é um elemento leve. Se conseguirmos potencializar sua propriedade ferromagnética, isso terá implicações enormes, por exemplo, na área de aviação e de exploração espacial,” afirmou.

     Kopelevich realiza as pesquisas com uma forma ultrapura do material, chamado grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), mas acredita que a supercondutividade também pode ser induzida na forma desordenada ou amorfa, significativamente mais barata. “Com o método da dopagem eletrostática qualquer grafite pode apresentar essa propriedade”, disse.

     O grafite é uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras duas são o diamante e o fulereno. O mineral é composto por múltiplas camadas de átomos de carbono - cada um desses planos é conhecido como grafeno.

Fonte (Inovação Tecnológica): http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=grafite-supercondutor-ferromagnetico&id=010160130107

Fonte (Fapesp): http://agencia.fapesp.br/16633