Schwe­ben bei mi­nus 138 Grad

Phy­sik-No­bel­preis­trä­ger Ge­org Bed­norz er­klärt, was Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­ter al­les kön­nen

Kurier (Samstag) - - FUTUREZONE. - VON MAR­KUS KESSLER

1987 hat der deut­sche Wis­sen­schaft­ler Ge­org Bed­norz mit ei­nem Kol­le­gen den Phy­sik-No­bel­preis für die Ent­de­ckung der Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­ter be­kom­men. Da­mals war Bed­norz in ei­nem IBM-For­schungs­zen­trum bei Zü­rich be­schäf­tigt. Heu­te ist er nicht mehr in der For­schung ak­tiv, son­dern hilft Fir­men da­bei , An­wen­dun­gen für Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­ter zu fin­den. Denk­bar sind et­wa Ma­gnet­schwe­be­bah­nen, ver­lust­frei­er Strom­trans­port und ex­trem star­ke Ma­gne­te. Vor Kur­zem war Bed­norz auf Ein­la­dung des CERN in Wi­en, um über die Be­deu­tung von Grund­la­gen­for­schung zu spre­chen. Der KURIER hat ihn ge­spro­chen.

KURIER: Was sind die in­ter­es­san­tes­ten Ent­wick­lun­gen bei Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­tern?

Ge­org Bed­norz: Für mich per­sön­lich ist die Um­set­zung in Tech­nik sehr be­frie­di­gend. Ener­gie­ef­fi­zi­enz ist ein wich­ti­ges The­ma und die ver­lust­freie Lei­tung von Strom mit Su­pra­lei­tern kann hier hel­fen.

Was pas­siert hier schon kon­kret?

In Deutsch­land gibt es in Es­sen das ein­zi­ge su­pra­lei­ten­de Ka­bel, das im nor­ma­len Netz­be­trieb ver­wen­det wird. Das In­ter­es­se an An­wen­dun­gen steigt lang­sam. Ein an­de­res Bei­spiel: In der In­dus­trie kom­men Strö­me mit bis zu 500.000 Am­pe­re zum Ein­satz, et­wa beim Schmel­zen von Alu­mi­ni­um. Das er­for­dert mas­si­ve Kup­fer­blö­cke als Lei­ter. Die wer­den sehr heiß. Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­ter wä­ren ei­ne gu­te Al­ter­na­ti­ve.

Lei­ten Su­pra­lei­ter Strom im Pra­xis­be­trieb wirk­lich kom­plett oh­ne Ver­lus­te?

Für Wech­sel­stroman­wen­dun­gen wie das Ka­bel in Es­sen gibt es Ver­lus­te. Die kann man durch ge­schick­te Ka­bel-Kon­struk­ti­on be­gren­zen. Wenn man Gleich­strom ver­wen­det, liegt der Ver­lust bei 0. Wenn Sie so ei­nen Strom in ei­nem su­pra­lei­ten­den Ring in­du­zie­ren, ist der auch in ei­ner Mil­li­ar­de Jah­re im­mer noch un­ver­än­dert.

Wel­che an­de­ren An­wen­dun­gen gibt es?

Mankann Me­tall­blö­cke in der In­dus­trie mit su­pra­lei­ten­den Ma­gne­ten hei­zen, be­vor sie zu Pro­fi­len ge­formt wer­den. Die Be­we­gung im Ma­gnet­feld er­zeugt im Me­tall Wir­bel­strö­me, die es schnell auf­hei­zen. Das be­deu­tet we­ni­ger Oxi­da­ti­on, ho­mo­ge­ne Er­wär­mung und 50 Pro­zent we­ni­ger Ener­gie­be­darf.

Wie ein rie­si­ger In­duk­ti­ons­herd?

So ähn­lich.

Was tut sich im Trans­port­we­sen?

Die Ja­pa­ner er­for­schen seit den 80ern su­pra­lei­ten­de Ma­gnet­schwe­be­bah­nen, seit den 90ern gibt es Test­zü­ge, seit 2005 auch mit Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­tern. In den spä­ten 2020ern soll ei­ne ers­te Ver­bin­dung zwi­schen To­kio und Na­go­ya ge­baut wer­den. Viel­leicht wird die Ma­gnet­schwe­be­bahn auch in Eu­ro­pa ein­mal wie­der­be­lebt.

Wir wis­sen nicht, wie Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­tung funk­tio­niert. Ha­ben paar­wei­se ge­bun­de­ne Elek­tro­nen das Rät­sel nicht ge­löst?

Das kommt aus der Theo­rie, die für me­tal­li­sche Su­pra­lei­ter ent­wi­ckelt wur­de. Die paar­wei­sen Elek­tro­nen gibt es auch in Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­tern, aber vie­le For­scher sa­gen heu­te, der Aus­lö­ser sei ein an­de­rer. Die gan­ze Wahr­heit ken­nen wir noch nicht.

Se­hen Sie An­sät­ze für ei­ne über­grei­fen­de Theo­rie?

Nein. So­lan­ge wir nicht wis­sen, ob es für die Su­pra­lei­tung ei­ne ab­so­lu­te Tem­pe­ra­tur­gren­ze gibt, kann man nicht zu­frie­den sein mit den Er­klä­run­gen. Es gibt auch im­mer wie­der Über­ra­schun- gen. Vor Kur­zem wur­de ent­deckt, dass Schwe­fel­was­ser­stoff (H₂S) un­ter ho­hem Druck su­pra­lei­tend wird.

Bei wel­chen Tem­pe­ra­tu­ren wer­den heu­ti­ge Ma­te­ria­li­en su­pra­lei­tend?

Wenn wir von Cu­pra­ten (ke­ra­mi­sche Kup­fer­oxi­de, Anm.) bei Norm­al­druck re­den, sind wir bei mi­nus 138 Grad Cel­si­us. Un­ter Druck geht es bis auf et­wa mi­nus 113 Grad Cel­si­us. H₂S un­ter enor­mem Druck liegt bei mi­nus 73 Grad Cel­si­us.

Se­hen Sie An­zei­chen für ei­ne theo­re­ti­sche Hür­de auf dem Weg zur Raum­tem­pe­ra­tur?

Nein. Frü­her hat man ge­dacht, dass die ther­mi­schen Fluk­tua­tio­nen bei Raum­tem­pe­ra­tur so stark wä­ren, dass Su­pra­lei­ter nicht sta­bil sein kön­nen. Aber die Cu­pra­te ha­ben ge­zeigt, dass Pro­gno­sen hier schwie­rig sind. Leu­te, die vor­aus­ge­sagt ha­ben, dass es ei­ne Gren­ze bei 30 Kel­vin gibt, sind auf die Na­se ge­fal­len.

Sie sind auf Ein­la­dung des CERN in Wi­en, um über die Be­deu­tung der Grund­la­gen­for­schung zu spre­chen. Sinkt die?

Nein, sie wird grö­ßer. Das CERN ist ein gu­tes Bei­spiel da­für. Was dort tech­no­lo­gisch ge­leis­tet wird, hat Aus­wir­kun­gen auf die In­dus­trie. Et­wa durch Fer­ti­gungs­auf­trä­ge für die star­ken Be­schleu­ni­ger-Ma­gne­te. Das Pro­blem, dass sich su­pra­lei­ten­de Ka­bel durch die Käl­te zu­sam­men­zie­hen, kann man mit CERN-Know­how lö­sen.

Ge­ra­de in der Phy­sik gibt es Grund­la­gen­for­schung oft nicht für Ta­schen­geld.

Geld ist nicht al­les. In der Phy­sik braucht es mehr Ide­en und Mut. Oft wer­den Durch­brü­che von For­schern ge­macht, die nichts für un­mög­lich hal­ten. Man ent­wi­ckelt Ide­en und Vi­sio­nen, wenn man da­von träumt, fun­da­men­ta­le Gren­zen zu über­win­den.

Ei­ne ro­man­ti­sche Vor­stel­lung von Wis­sen­schaft?

Das hat viel­leicht mit mei­nem Al­ter zu tun. Ich bin auch nicht mehr der Jüngs­te.

„Viel­leicht wird die Ma­gnet­schwe­be­bahn auch in Eu­ro­pa ein­mal wie­der­be­lebt.“Ge­org Bed­norz Phy­si­ker

So kön­nen auch Zü­ge flie­gen: Ein ke­ra­mi­scher Hoch­tem­pe­ra­tur­su­pra­lei­ter schwebt über ei­nem Ma­gne­ten.

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