Supravodičové elektromotory

Kedy ste naposledy leteli? Možno ste cestovali na dovolenku na pobrežie alebo na nejaké iné zaujímavé miesto, alebo ste išli navštíviť svojich rodinných príslušníkov, žijúcich v zahraničí. Lietanie už nie je luxus, akým bolo kedysi. Nielenže budete lietať častejšie ako vaši rodičia (nehovoriac o vašich starých rodičoch) ale aj na väčšie vzdialenosti. Nie sme prekvapení, ak vidíme turistické skupiny z východnej Ázie (Japonsko, Kórea a tiež Čína) v historickom centre Bratislavy a to je len začiatok. Každý deň stále viac a viac ľudí z krajín ako Čína a India (s populáciou päťkrát väčšou, ako je obyvateľov Európskej únie) si môže dovoliť letieť. To je veľa kerozínu spaľovaného v turbínach lietadiel. Čo sa stane s emisiami?

Európska únia sa rozhodla drasticky odstrániť emisie komerčných letov. Ciele týkajúce sa emisií ACARE Flightpath 2050 sa snažia o zníženie oxidu uhličitého o 75 %, oxidu dusíka a tuhých častíc o 90 % a hluk o 65 % v porovnaní s rokom 2000. Drastické znižovanie si vyžaduje drastické vylepšenia. Elektrické a hybridné lietadlá by mohli umožniť takéto radikálne zníženie. Tieto nové lietadlá si však vyžadujú veľmi silné a ľahké elektromotory, ktoré neexistujú.

Typické elektrické motory obsahujú vodiče (stator, zvyčajne vyrobený z medeného drôtu a železa) a pohybovú os (rotor), vyrobenú z magnetov. V statore môžu supravodiče prenášať oveľa vyššiu hustotu prúdu ako meď: vrstva s hrúbkou 2 μm na kovovej páske so šírkou 4 mm môže prenášať až 2000 A, čo je približne 60-násobok typického maximálneho prúdu z elektrickej siete vedenej do domácnosti.

Existuje len jedna nevýhoda: Supravodiče musia byť ochladzované pri veľmi nízkych teplotách; čím nižšie, tým lepšie. Vysokoteplotné supravodiče, ako je REBCO, začnú pracovať pod 90 K (-183 °C), ale možno budete potrebovať teplotu až 20 K (-253 °C), aby ste dosiahli potrebný výkon.

Napriek tomu by sa táto teplota mohla dosiahnuť kvapalným vodíkom, ktorý by mohol slúžiť aj ako palivo. Navyše by sme mohli nahradiť konvenčné magnety supravodivými, vytvárajú vyššie magnetické polia. Svetový rekord, ktorý dnes má Univerzita v Cambridge, je 17,7 T, čo je zhruba desaťkrát viac než dokáže najsilnejší konvenčný magnet.

Elektrotechnický ústav SAV sa podieľa na európskom projekte ASuMED (program Horizont 2020), zameranom na výstavbu laboratórneho motora s výkonom 1 MW a hustotou výkonu 20 kW/kg. Tento motor s hmotnosťou približne 50 kg by sa mohol pripodobniť motoru vášho auta, avšak s viac ako 10-násobným výkonom. Motor musí byť tiež veľmi účinný (99,9 %), aby sa ušetrilo palivo a znížil sa ohrev. Možno najslávnejším partnerom projektu je spoločnosť Rolls-Royce PLC, ktorá vyrába motory pre komerčné lietadlá. Koordinátorom a hlavným partnerom je OSWALD Elektromotoren, relatívne malá nemecká spoločnosť vyrábajúca vysokovýkonné elektromotory.

Okrem špičkových nemeckých výskumných centier a vysokých škôl (Karlsruhe Institute of Technoloty a Hochschule Aschaffenburg) zohráva aj Univerzita v Cambridge dôležitú úlohu na supravodivých magnetoch. DEMACO navrhuje kryostat motora. Air Liquide, odborník na kryogénne technológie s rozsiahlymi skúsenosťami v leteckom priemysle, skúma systém kryochladenia, ktorý umožňuje udržiavať motor pri kryogénnej teplote. SuperOx poskytuje supravodivú pásku. Airbus a Siemens sa podieľajú na poradenstve v rámci všeobecných špecifikácií projektu.

„Náš ústav sa s radosťou zúčastňuje počítačového elektromagnetického modelovania supravodivých častí, ako aj niektorých laboratórnych meraní. Softvér, ktorý sme vyvinuli, nielenže nahrádza komerčný softvér na tento účel, ale tiež nám umožňuje používať superpočítač AUREL v Slovenskej akadémii vied, ako aj možné budúce superpočítače. Tieto výpočty umožnia optimalizovať supravodivé časti a nájsť spôsoby, ako zvýšiť výkonnosť a hustotu výkonu motora,“ konštatoval Dr. Pardo.

„Navrhnúť tento motor bolo veľmi náročné, využili sme mnoho nových nápadov v supravodičových súčiastkach a chladiacom systéme, hlavne vzhľadom na to, že sa motor točí veľmi rýchlo. Teraz je najdôležitejšou úlohou skonštruovať tento motor. Sme presvedčení, že v roku 2020 bude motor fungovať veľmi dobre a možno sa podarí, že jedného dňa by ste mohli lietať na futuristických čistých a tichých lietadlách so supravodivými motormi.“ uzavrel s nádejou Dr. Pardo

Dr. Enric Pardo, Elektrotechnický ústav SAV, Slovenská akadémia vied

Čitať viacejStiahnuť
KONTAKT
Karina Pešatová
karina.pesatova[at]vsb.cz
     

Projekt je spolufinancovaný vládami Českej republiky, Maďarska, Poľska a Slovenska prostredníctvom vyšehradských grantov z Medzinárodného vyšehradského fondu. Poslaním fondu je presadzovať myšlienky udržateľnej regionálnej spolupráce v strednej Európe.  www.visegradfund.org