Een verre toekomst, eentje waarin we lachen om binaire computers, wisselstroom, trafo's en misschien zelfs om weerstand zelf. Bizarre fantasie… of toch niet?
Iedereen met enige interesse in elektrotechniek of natuurkunde in het algemeen heeft wel eens van supergeleiding gehoord. Filmpjes waarop zwevende magneten te zien zijn doen het altijd goed bij promoties van laboratoria.
Koud kunstje?
Het mooie van supergeleiding is dat het elektriciteitstransport zonder weerstand mogelijk maakt: geen transportverliezen, geen warmteontwikkeling en een bijna onbeperkte transportcapaciteit. Minder mooi is dat supergeleidende materialen zich alleen als zodanig gedragen bij extreem koude temperaturen: -200°C en nog kouder. En daar hebben we nog geluk mee, want in theorie zou supergeleiding bij deze temperaturen helemaal niet op mogen treden: het zou hooguit mogen verschijnen bij temperaturen die slechts een paar graden boven het absolute nulpunt liggen. (Waarom het in sommige materialen dan toch bij hogere temperaturen gebeurt is iets waar de wetenschap nog geen verklaring voor heeft.)
Het probleem blijft echter hetzelfde. -200°C, dat lukt niet zo gemakkelijk, zeker niet op huiskamerniveau. Maar in gecontroleerde omstandigheden is het wel mogelijk. De eerste experimenten met supergeleidende elektriciteitskabels zijn inmiddels de laboratoriumstatus al ontgroeid. In Essen (Duitsland) is men in 2012 begonnen met een proef met een 1,1 kilometer lange supergeleidende grondkabel voor 10 kV die met vloeibare stikstof gekoeld wordt. De kabel, gemaakt door kabelbedrijf Nexans, ziet eruit als een grote, drievoudige coaxkabel waar holtes in zitten voor de koelvloeistof. Wanneer een dergelijke kabel voor HVDC gebruikt wordt zou zelfs een enkelvoudige geleider voldoende zijn.
Deze afbeelding uit een perspublicatie toont de supergeleidende grondkabel van fabrikant Nexans. We zien een soort grote coaxkabel met drie door elkaar heen liggende geleiders.
Wanneer er geen transportverlies noch weerstand optreedt is de warmteontwikkeling in een zwaar belaste kabel vrijwel nul. Samen daarmee valt dan ook de reden weg om een hoge spanning te gebruiken. Met 10 kV kan je dan hetzelfde vermogen transporteren als met 110 kV, want de stroomsterkte als factor om rekening mee te houden valt dan weg. Een lage spanning scheelt aanzienlijk in elektrische isolatie om de kabel heen, terwijl de dikte van de geleider bij een supergeleidende kabel niet hoeft toe te nemen. Een ander voordeel is dat je een transformatiestap vermijdt: de grote brommende 110 kV-trafo van vijftig ton hoeft niet meer in een klein hokje ergens in de stad te worden weggestopt.
Grote onzekerheden
Supergeleidende grondkabels klinken elektrotechnisch ideaal. Maar er zitten nog wat grote problemen aan. Zo is er nog grotendeels onbekend welke invloed supergeleidende kabels hebben op de netstabiliteit.
Een supergeleidende verbinding in een vermaasd net zal vanwege zijn gebrek aan enige weerstand van betekenis meteen als een ideale route tussen twee stations gaan fungeren – bijna een kortsluiting dus. Er zal een toename van het transport optreden omdat steeds meer vermogen deze makkelijke weg zal willen volgen. Het hele deelnet waarin de kabel zich bevindt kan daardoor onstabiel raken en de (niet supergeleidende) apparatuur aan beide uiteinden van de kabel kan overbelast raken. Of een elektriciteitsnet kan bestaan dat deels uit supergeleidende kabels en deels uit conventionele kabels en luchtlijnen kan bestaan is niet bekend.
Op dit moment is supergeleiding nog niet concurrerend met conventionele kabels en luchtlijnen. Het is aanzienlijk duurder, technisch ingewikkelder en (ook niet onbelangrijk) kwetsbaarder omdat er meer mis mee kan gaan dan met een gewone oliedrukkabel, modernere kunststofgeïsoleerde kabels of een nog eenvoudigere luchtlijn. Ook is het compexer dan wisselstroom door aluminium geleiders of HVDC-kabels. Het gedrag van supergeleiders in een vermaasd net is niet goed bekend en hoe het supergeleidende materiaal zich houdt na een aantal jaren van gebruik is ook niet bekend.
Horrorscenario voor mastengekken
Maar wanneer supergeleidende grondkabels ooit wél concurrerend zouden worden en men erin zou slagen de technische problemen het hoofd te bieden, kan de wereld beginnen aan de ombouw van het huidige net naar een supergeleidend net. En vanaf dat moment breekt de ergst denkbare nachtmerrie voor mastengekken aan.
Supergeleiding is in theorie in staat om onze hele elektrische infrastructuur onherkenbaar te veranderen. Supergeleidende kabels kunnen niet als luchtlijn worden uitgevoerd.
Een supergeleidend grondkabelnet met spanningen niet hoger meer dan enkele tientallen kilvolts en uitgevoerd als HVDC-net. Geen trafo's, openluchtstations en hoogspanningslijnen meer. Alles volledig elektronisch geschakeld en onzichtbaar in het landschap. Die toekomst is voor iedere hedendaagse mastengek gelijk aan het einde der tijden.
Er zal ooit wel een tijd komen waarin hoogspanning naar de ondergrond zal worden verdrongen. Niets is voor eeuwig en wie weet wat er dan weer aan nieuwe interessante dingen zullen ontstaan. Maar voor de mastengekken van nu geldt dat zij het niet mee zullen maken dat de wereld of zelfs Nederland en België zonder bovengrondse hoogspanning zal zijn. Een toekomst waarin de grote kleine transportlijnen tot een herinnering uit het verleden behoren zal het nog heel lang duren, en in rotsachtige gebieden waar het leggen van grondkabels onmogelijk is, is er met de huidige technische inzichten überhaupt nog geen enkele realistische manier denkbaar waarmee luchtlijnen vervangen zouden kunnen worden.
Voorlopig kunnen we dus nog gewoon naar buiten blijven kijken met een gedachte die precies het omgekeerde is van geologische wetmatigheden: not when, but if. Want daar is de toekomst de toekomst voor. Niets is zeker.