Pojmem supravodivost se popisuje fyzikální jev, kdy některé materiály vykazují při ochlazení na absolutní nulu, to jest -273,15 °C, nulový odpor při vedení elektrického proudu a dokonale vytěsňují magnetické pole ze svého objemu. Supravodivost byla objevena už v roce 1911, ale praktického využití se dočkává až v dnešní době. Jedná se zejména o přenos elektrické energie bez energetických ztrát v energetice a magnetickou levitaci nejmodernějších vlaků, například japonských MAGLEV, které od roku 2015 drží světový rychlostní rekord 603 km/h.

„Je nejvyšší čas, aby si technologie HTSL našla cestu do rozvodných sítí za účelem uskutečnění Energiewende. Kdo ještě nyní váhá chopit se příležitosti, kterou nabízí supravodivost, tomu není pomoci!“ apeluje německý vědec Dr. Georg Bednorz, nositel Nobelovy ceny, který ji získal právě za přínos v oboru výzkumu vysokoteplotní supravodivosti HTSL.

Japonsko už čtvrtstoletí pilně testuje svůj rekordní magnetický vlak Shinkansen řady LO – „SC Maglev“ (foto z roku 2020) a trať, na které má být od konce desetiletí komerčně provozován, se už staví. Foto: Wikipedia

Pilotní projekt AmpaCity

Německým pilotním projektem se stal „AmpaCity“ v Essenu. Kilometr dlouhý supravodivý kabel tam sedm let spolehlivě sloužil mezi dvěma rozvodnami. Projekt „AmpaCity“ byl představen veřejnosti v německém pavilonu na světové výstavě Expo 2020 Dubaji jako jeden ze tří příkladů německé inovativnosti v oboru Energiewende. Aktuálně ale projekt podle svého harmonogramu končí a essenský kabel bude demontován a sešrotován. Pokračováním by mohl být chystaný projekt „SupraLink“ v Mnichově, kde místní komunální podnik SWM zvažuje propojení dvou svých rozvoden tentokrát desetikilometrovým kabelem HTSL.

Supravodivost se hodí k integraci do rozvodných elektrických sítí už jen kvůli snížení ztrát elektřiny, vysoké energetické hustotě supravodivých kabelů, o 80 procent sníženým prostorovým nárokům a úspoře zdrojů. Supravodivost by ale měla být integrována rovněž do dlouhodobého plánování přenosových sítí.

Je známo, že konkurence zejména v Asii také intenzivně pracuje na supravodivosti. V Číně například už několik let existují rozvodny, které jsou kompletně vybaveny supravodivými komponenty.

Většímu rozšíření této technologie podle Bednorze brání platné regulace a určité riziko, které první uživatelé nesou na svých bedrech. Vyzývá proto stát k vyšší angažovanosti a přebírání rizik. Aplikace supravodičů totiž může přinést podobnou technickou revoluci jako dříve např. objev tranzistoru v elektronice.

Zájmový svaz Supraleitung

V německém zájmovém svazu Supraleitung – zkráceně „ivSupra“ spolupracují hlavně středně velké firmy, které jsou aktivní na různých úrovních a v různých oborech supravodivosti. Spektrum vývoje sahá od vysokoteplotních páskových vodičů, přes generátory, používané k tavení hliníku, až k HTSL magnetickému ohřívači k efektivnímu tepelnému tváření neželezných kovů.

Kombinace s trasportem vodíku v potrubí

V souvislosti s bouřlivým rozvojem vodíkových technologií se mezi odborníky diskutuje možnost dopravy vodíku v tekutém stavu při teplotě -253 °C. Nejen, že takový transport vodíku má tisíckrát větší energetickou hustotu než vodík v plynné podobě, ale také je možné jednoduše vést v takovém potrubí HTSL kabel, který v tomto prostředí vykazuje ještě výrazně lepší transportní vlastnosti než v prostředí, chlazeném dusíkem. Transport chemické energie by tak šel výhodně kombinovat s dodatečnou dopravou několika gigawattů elektrické energie.

Elektrické létání a supravodivost

Při létání hraje klíčovou roli co nejnižší hmotnost. Systém lehkých supravodivých motorů a generátorů ve spojení s vodíkovými palivovými články místo těžkých trakčních baterií je podle odborníků také již technicky uskutečnitelný. I v letectví může tekutý vodík sloužit ke chlazení supravodivosti a zároveň jako palivo pro palivové články. Supravodivé motory vyvíjí společnost Oswald a také Airbus si klade ambiciózní cíle při integraci supravodivých technologií.

Japonsko zkoumá supravodivost už od sedmdesátých let

V době, kdy se Německo s velkým elánem pustilo do projektu magnetického vlaku Transrapid na dráze tvaru „T“, vsadili Japonci vše na projekt magnetického vlaku, založeného na bázi supravodivosti a dráhy tvaru „U“. Jejich Shinkansen řady LO – někdy také nazývaný SC Maglev – byl postupně vypiplán k dokonalosti a světovému rychlostnímu rekordu 603 km/h, který mezi supervlaky drží už sedm let. Od roku 1997 byl vlak prakticky denně testován na 43 kilometrové trati Yamanashi. Koncem 20. let má být nasazen do běžného komerčního provozu na 438 kilometrové trati  Tokio – Nagoya, z níž je už větší část rozestavěná a krátce nato v USA mezi New Yorkem a Washingtonem v délce také okolo 400 km. Pohyb po dráze (korytu) tvaru „U“ do rychlosti 150 km probíhá na gumových kolech. Poté, když začne účinkovat tzv. magentická levitace, udržující vlak 100 mm nad dráhou a uprostřed koryta, slouží supravodivost také ke zrychlování a brzdění vlaku. Kola se mezitím zasunou do vlaku, který tak hladce a bezdotykově klouže vzduchem – vlastně letí těsně nad povrchem trati. Nízká hlučnost je obrovskou výhodou proti kolejovým vlakům. Cestující jsou spolehlivě chráněni účinnými štíty před silným magnetickým polem supravodivých magnetů na palubě vlaku. K chlazení supravodivých magentů japonští konstruktéři používají dva okruhy s tekutým héliem a dusíkem.

Poslední designový prototyp ‚lokomotivy‘ čínského magnetického vlaku, který bude vybaven supravodivou magnetickou technologií HTS má dosahovat rychlosti 620 km/h a bude se pohybovat po dráze ve tvaru písmene „U“. Foto: SCMP

Také Čína zkoumá intenzivně potenciál supravodivosti

Podobný princip rychlovlaku je už dvacet let sledován také čínskými konstruktéry. Inspirovaní německým Transrapidem v Šanghaji, vyvinuli vlastní nový model čínského vlaku s magnetickou levitací. Poslední prototypový model představili v lednu 2021 a je vybaven vysokoteplotní-supravodivou-magnetickou technologií HTS s předpokládanou maximální rychlostí 620 km/h. Technologie HTS je také mimořádně vhodná k využití pro futuristickou koncepci superrychlé dopravy ve vakuových tunelech, kde by vlaky mohly dosahovat rychlosti kolem 1000 kilometrů. Osvědčený šanghajský Transrapid německého původu a provozovaný již od roku 2006 na třicetikilometrové trati dosahuje maximální provozní rychlosti 431 km/h.

Zdá se, že supravodivé technologie pro nás mají připravená ještě mnohá další příjemná překvapení.

Zdeněk Fajkus

Zdroj: časopis CzechIndustry 4/20222