Energia elektryczna płynie liniami, gaz rurociągami. Tak jest teraz, ale nie musi tak pozostać. Przynajmniej tak uważa zespół skupiony wokół Tabei Arndt, profesor fizyki z Instytutu Technologii w Karlsruhe. Jednak substancja, którą chce transportować, to nie gaz ziemny, ale zielony wodór, wytwarzany przy użyciu energii odnawialnej. „Oczywiście musimy uwolnić się od CO2”, podkreśla Arndt. „A wodór to jedyny sposób na obejście się bez atomu węgla”.

W ich koncepcji wodór jest pompowany rurociągiem nie jako gaz, ale jako ciecz. Aby go upłynnić, wodór trzeba schłodzić do minus 253 stopni Celsjusza. „A ponieważ zimny ciekły wodór jest wspaniałym środowiskiem dla nadprzewodników wysokotemperaturowych, sensowne jest zintegrowanie tam transportu energii elektrycznej z nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi” — opisuje Tabea Arndt.

Lżejsze zatwierdzenie, potrzeba mniej miejsca, wyższa wydajność

Matematyka: Zimne nadprzewodniki przewodzą prąd bez żadnego oporu, więc w przeciwieństwie do zwykłych kabli nie ma strat w linii. Gdyby połączyć te dwa elementy, zamiast rurociągu na wodór i kabla do elektryczności powstałby tylko jeden system – rura, która jednocześnie przenosi wodór i elektryczność. Może to mieć kilka zalet, na przykład w przypadku zatwierdzenia trasy, co często zajmuje dużo czasu. „Uproszczasz, inaczej miałbyś zduplikowane procedury zatwierdzania”, wyjaśnia fizyk. „Oboje mają większą szerokość drogi. Oczywiście wydajność obu systemów jest również znacznie zwiększona.

Ale jak dokładnie powinien wyglądać taki nadprzewodnikowy kabel rurociągowy? Aby się tego dowiedzieć, zespół z Karlsruhe buduje w swoim laboratorium małą rurę testową. „Będzie mieć maksymalną średnicę od 10 do 20 centymetrów i długość do 20 metrów”, wyjaśnia Tabea Arndt. „Wewnątrz małej rurki, przez którą przepływa ciekły wodór. Następnie pokryty na zewnątrz nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi i rurką izolacyjną na zewnątrz, dzięki czemu temperatura na zewnątrz to tylko temperatura otoczenia.

Ciekawe również dla wagi ciężkiej

Jednak Tabea Arndt i jego zespół chcą również przetestować inne koncepcje – na przykład taką, w której nadprzewodnik znajduje się jak cienki kabel pośrodku rurociągu i jest otoczony wodorem. Wyniki powinny być dostępne za trzy lata, po czym eksperci planują większy rurociąg pilotażowy, być może we współpracy z przemysłem. Ale fizyk z KIT już przewiduje: według niej połączenie nadprzewodników wysokotemperaturowych i zimnego wodoru jest również wykorzystywane do czegoś innego: „Mamy dużo emisji CO2, szczególnie w ruchu ciężarówek, a tam mamy ich dużo dźwigni, aby coś zrobić” – mówi. „Więc naprawdę sensowne jest budowanie na takiej koncepcji i jej rozszerzanie”.

Dotychczas strategia polegała na wyposażaniu dalekobieżnych pojazdów ciężarowych w ogniwa paliwowe i silniki elektryczne oraz zasilaniu ich wodorem magazynowanym w zbiornikach gazu. Tabea Arndt chce zabrać zbiornik z ciekłym wodorem – powinien on napędzać nadprzewodnikowy silnik elektryczny poprzez ogniwo paliwowe. Najważniejsze tutaj: wodór powinien nie tylko napędzać silnik, ale także go chłodzić. Plus: „Jeśli przejdziesz na ciekły wodór i wysokotemperaturowy silnik nadprzewodnikowy, uzyskasz pięcioprocentowy wzrost wydajności w porównaniu z samą ciężarówką”, mówi Arndt. „I oczywiście jest to duży wzrost wydajności na długich dystansach”.

Pojawiają się jednak również głosy sceptyczne odnośnie upłynniania wodoru, który kosztuje dużo energii. I tak trzeba będzie policzyć ostrym długopisem, co ostatecznie jest ciekawsze – połączenie ciekłego wodoru i nadprzewodnika lub bardziej konwencjonalne rozwiązania z gazowym wodorem i zwykłymi kablami elektrycznymi i silnikami elektrycznymi.