¿Qué tiene de "súper" la superconductividad?

Un cable superconductor de la empresa alemana de servicios públicos RWE durante una presentación en Essen el 30 de abril de 2014.

Los cables superconductores como éste de Alemania podrían desempeñar un papel importante en la transformación de los sistemas energéticos; sólo hay que mantenerlos muy, muy fríos. Image: REUTERS/Ina Fassbender

John Letzing
Digital Editor, World Economic Forum
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  • La superconductividad podría reducir drásticamente nuestra dependencia de los combustibles fósiles.
  • Un par de supuestos "avances" recientes en este campo atrajeron una atención frenética.
  • Pero un experto de la Universidad de Ginebra afirma que no son necesarios avances tan espectaculares para que la tecnología superconductora tenga un impacto positivo.

El mes pasado, algunos de los autores de un artículo científico pidieron discretamente su retractación, pero casi nadie pareció darse cuenta.

Al menos, en comparación con la mini tormenta mediática que había recibido la publicación del artículo en marzo. Unos meses después, el revuelo se aceleró con la noticia de otro descubrimiento relacionado. De repente, gente que quizá nunca había oído hablar de la superconductividad se enteró de su potencial para salvar el planeta.

Un superconductor es un material capaz de transferir electricidad sin perder energía en el proceso. Puede que no parezca gran cosa, pero podría significar desde un futuro suministro abundante de energía para el transporte eléctrico hasta energía libre de conflictos y combustibles fósiles gracias a la fusión nuclear. El problema: sólo funciona a temperaturas tan frías que podrían ser mortales.

El par de "avances" recientes, muy publicitados, pretendían lograr la superconductividad a temperatura ambiente. "Santo Grial" parece ser la descripción consensuada para ese escurridizo premio - ver aquí, aquí y aquí.

"Esto es el Santo Grial", dijo hace poco Carmine Senatore, sentado en su despacho de Suiza. Pero, en su opinión, quizá no tan sagrado.

Hay muchas cosas que podemos empezar a hacer ahora con esta tecnología, explicó Senatore, director del Grupo de Superconductividad Aplicada de la Universidad de Ginebra, así que "no necesitamos esperar". Y como acabamos de vivir el septiembre más caluroso de la historia y las emisiones relacionadas con la energía siguen aumentando, esperar ni siquiera es una opción.

Además, la afirmación más reciente de superconductividad a temperatura ambiente, basada en una sustancia denominada "LK-99" por investigadores surcoreanos, ni siquiera duró lo suficiente como para que Senatore intentara reproducirla. Tras aparecer a finales de julio, fue desmentida a principios de agosto.

De manera tradicional: el trabajo con metal superconductor en los laboratorios de Carmine Senatore.
De manera tradicional: el trabajo con metal superconductor en los laboratorios de Carmine Senatore. Image: Foro Económico Mundial

No es la primera vez que las falsas afirmaciones sobre la superconductividad suscitan un entusiasmo efímero, y no será la última. Porque la idea de poder hacer más con menos energía, a medida que nos alejamos tardíamente de los destructivos combustibles fósiles, es emocionante.

En cambio, el trabajo diario de investigación de la superconductividad no lo es tanto.

Algunas de las tareas típicas de los laboratorios de Senatore pueden parecer de la vieja escuela, como trabajar y reelaborar alambre metálico con máquinas de hace décadas que más parecen una vieja cadena de montaje. Otras son decididamente de alta tecnología: disparar láseres a través de una cámara de vacío o aprovechar imanes de gran potencia.

El helio líquido se bombea fácilmente (y sin peligro) en dosis regulares desde lo que parece un barril de cerveza gigante. En algunos experimentos se utiliza un metal superconductor llamado niobio, que puede sonar exótico pero se puede comprar en Amazon.

Se hace "de todo, desde herrería hasta manipulación de helio y nitrógeno líquidos, pasando por ablación láser para recubrir superficies con superconductores", explica Senatore. Y no se hace para producir un espécimen extraordinario, sino para aprender técnicas que puedan aplicarse rápidamente.

Uno de esos usos se encuentra en el interior del Gran Colisionador de Hadrones, una máquina de 27 kilómetros de largo depositada bajo la frontera de Suiza con Francia para estudiar "los componentes fundamentales de todas las cosas". Miles de imanes superconductores guían a los protones a través de la máquina, y cavidades superconductoras los aceleran hasta hacerlos colisionar. Todo se mantiene suficientemente frío gracias al helio líquido.

La "partícula de Dios" y más ventajas prácticas

El helio se licuó por primera vez en 1908 en la Universidad de Leiden (Países Bajos), donde, no por casualidad, se descubrió la superconductividad unos años más tarde.

Así es como funciona: cuando ciertos materiales se enfrían cientos de grados por debajo de cero Celsius, los electrones que contienen dejan de disiparse y empiezan a emparejarse para pasar sin obstáculos. Esto significa que no hay pérdida de energía y que se generan potentes campos magnéticos. El fenómeno fue identificado en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes, tras enfriar adecuadamente un trozo de alambre de mercurio.

Un siglo después, la superconductividad desempeñaba un papel clave en la confirmación de la existencia de la "partícula de Dios" en el Gran Colisionador de Hadrones. También conocida como bosón de Higgs, se cree que es clave para comprender el universo.

A un nivel algo más práctico, los superconductores refrigerados se han convertido en piezas vitales de las cada vez más potentes máquinas de resonancia magnética utilizadas para la obtención de imágenes médicas.

Aún más prácticos, potencialmente, son los modelos de cables superconductores que han aparecido en las redes eléctricas de lugares como Essen (Alemania) y Shenzhen (China).

El creciente deseo de aire acondicionado en un planeta que se calienta, y los autos eléctricos que se espera que representen la mayor parte de todas las ventas dentro de unas décadas, crearán una demanda masiva de energía. "La red de distribución de una ciudad no será suficiente", afirma Senatore. Pero la infraestructura existente podría reequiparse con cables superconductores refrigerados por nitrógeno líquido relativamente barato, y transportar hasta diez veces la corriente.

¿Tina humeante de fluido criogénico? Sí, la tenemos.
¿Tina humeante de fluido criogénico? Sí, la tenemos. Image: World Economic Forum

La superconductividad también se ha mostrado prometedora como medio para impulsar el uso de energías renovables, al permitir turbinas eólicas más pequeñas y cables de transmisión que podrían suministrar energía solar de forma eficiente a grandes distancias.

Pero el mayor beneficio energético puede venir de una forma muy diferente.

La fusión es el proceso de fusionar núcleos, en lugar de dividirlos (el medio actual de generar energía nuclear). La fusión alimenta el sol, y ahora se está intentando "meter el sol en una botella", dijo Senatore, instalando la fusión en centrales eléctricas.

El problema, y no pequeño, es que la temperatura en el núcleo del sol es de unos 15.000.000°C. Sin embargo, los imanes superconductores pueden utilizarse para confinar un calor alucinantemente extremo.

La fusión no generaría el mismo tipo de residuos nucleares de larga duración que la fisión y, en teoría, podría utilizar un combustible tan abundante y accesible como el agua de mar. Decenas de países están colaborando en un reactor de fusión experimental en el sur de Francia, y las nuevas empresas del sector están obteniendo un importante respaldo financiero; una de ellas ha recaudado más de 2000 millones de dólares y en 2021 demostró el electroimán superconductor más potente de su clase "jamás creado".

Si se consiguiera la superconductividad a temperatura ambiente, se podría impulsar la fusión y otros esfuerzos en pro de la sostenibilidad. Pero, a pesar de todo, se están logrando avances de perfil más bajo. El trabajo diario de herrería y laboratorio continúa. El objetivo sigue siendo el mismo.

"Será una forma de producir mucha energía", dijo Senatore, "y esta energía puede desvincularnos de los combustibles fósiles".

Más información sobre las exageraciones y la realidad de la superconductividad

Para más contexto, aquí hay enlaces a otras lecturas de la plataforma de Inteligencia Estratégica del Foro Económico Mundial:

  • "La sensación de los superconductores se ha desvanecido, y eso está bien". Según este artículo, el auge y caída del LK-99 ofrece una lección sobre cómo ver el papel de la tecnología en la transición energética.(Scientific American)
  • Antes de que se desmintieran sus supuestas propiedades revolucionarias, el LK-99 desencadenó una "carrera de superconductividad DIY", según este informe. (Wired)
  • Siempre ha habido cierto escepticismo: cuando un físico estadounidense hizo pública su afirmación sobre la superconductividad a temperatura ambiente en marzo, esta revista encuestó a diez expertos sobre la noticia. Las reacciones "oscilaron entre el entusiasmo desenfrenado y el rechazo absoluto". (Quanta)
  • Esos pares de electrones sin impedimentos en el material superconductor de alta temperatura parece que acaban desapareciendo; estos investigadores utilizaron el "imán en estado estacionario más potente del mundo" para intentar averiguar adónde van. (Universidad de Cornell)
  • "Fusión nuclear: ¿hasta qué punto deberíamos estar entusiasmados?" Esta cartilla explora los distintos enfoques de una fuente de energía potencial que "avanza inexorablemente". (The Conversation)
  • ¿Qué será lo próximo en la investigación de vanguardia sobre superconductividad? Según este artículo, algunas de las posibilidades son los "excitones" y los "aislantes topológicos". (The Quantum Insider)

Carmine Senatore es co-curador del Mapa de Transformación del Foro sobre Superconductividad. En la plataforma de Inteligencia Estratégica encontrarás análisis de expertos relacionados con ese tema y cientos de otros. Tendrás que registrarte para verlo.

Image: Foro Económico Mundial
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