Дорожная карта сверхпроводимости показала путь к декарбонизации авиации и морского транспорта

На авиацию и морской транспорт приходится около 5% мировых выбросов CO₂ — казалось бы, немного, но именно эти отрасли труднее всего перевести на «чистую» энергию. Электрические батареи слишком тяжелы для дальнемагистральных самолётов, а водород требует принципиально новых двигателей. Международная коалиция из более чем 60 учёных и инженеров из 40 организаций — включая Airbus, NASA, несколько национальных академий — подготовила дорожную карту, показывающую, как сверхпроводники могут решить эту задачу. Документ опубликован в журнале Superconductor Science and Technology.

Что такое сверхпроводники и чем они лучше обычных проводников

Сверхпроводники — класс материалов, которые при охлаждении ниже определённой температуры передают электрический ток без сопротивления и потерь. Это означает теоретически нулевые потери при передаче электроэнергии. В обычных медных кабелях часть энергии неизбежно рассеивается в виде тепла.

Для транспорта это революционно по нескольким причинам:

• Вес. Сверхпроводящие двигатели и кабели при той же мощности значительно легче обычных. В авиации каждый килограмм критичен.
• Эффективность. Потери энергии на нагрев проводников исчезают.
• Компактность. Сверхпроводящие системы миниатюрнее обычных при той же мощности.

Транспорт по секторам

Дорожная карта охватывает четыре ключевых направления:

Авиация. Исследователи под руководством Вэньцзюань Сун из Университета Глазго определяют сверхпроводящие электродвигатели как наиболее реалистичный путь к созданию дальнемагистральных самолётов с нулевыми выбросами. Водородное топливо обеспечивает энергию, сверхпроводящие двигатели — максимальную отдачу при минимальном весе.

Морской транспорт. Электрические двигатели судов — уже зрелая технология. Сверхпроводящие версии позволят сократить вес двигательных установок и повысить КПД.

Железнодорожный транспорт. Поезда на магнитной левитации — включая концепции типа Hyperloop — требуют мощных постоянных магнитов или электромагнитов. Сверхпроводящие системы левитации дают преимущество по весу и энергопотреблению.

Космические системы. Сверхпроводящие элементы в системах запуска и ориентации могут снизить потребление энергии.

Что нужно, чтобы это стало реальностью

Главный практический барьер — охлаждение. Большинство сверхпроводников требуют температур около абсолютного нуля. Это дорого, сложно и добавляет вес. Поэтому приоритет — высокотемпературные сверхпроводники (HTS), работающие при температурах до 90 К (–183°C): их охлаждение значительно менее энергоёмко.

Авторы дорожной карты честно перечисляют нерешённые задачи: снижение стоимости HTS-проводников, создание компактных криостатных систем, наработка надёжности при вибрационных нагрузках. Тем не менее оптимизм в документе обоснован: технологии за последнее десятилетие продвинулись настолько, что электрификация транспорта с помощью сверхпроводников перешла из разряда фантастики в разряд инженерных задач.

Читайте также по теме: технологиях производства энергии и новых катализаторах.