A nagyfeszültségű egyenáramú kábelek, amelyek hatékonyan képesek nagy távolságokra szállítani a villamos energiát, létfontosságú szerepet játszanak a villamosenergia-ellátásban. Teljesítményük optimalizálása ezért fontos kihívás. E célt szem előtt tartva a svédországi Chalmers Műszaki Egyetem tudósai egy új, akár háromszor kevésbé vezető szigetelőanyagot mutatnak be, amely jelentősen csökkentheti az áramszállítás energiaveszteségét, megoldva ezzel az egyik legnagyobb energetikai kihívást.
Ha át akarunk térni a megújuló energiával működő világra, a villamosenergia nagy távolságokon történő, hatékony szállítása elengedhetetlen, mivel a kínálat – megújuló energiaforrások, például szél- és naperőművek, valamint vízerőművek – gyakran messze van a városoktól, ahol a kereslet nagy része van. A nagyfeszültségű egyenáramú kábelek (HVDC-kábelek) a leghatékonyabb eszközei a villamos energia nagy távolságokra történő szállításának. A szigetelőréteggel ellátott HVDC-kábelek a föld alá temethetők vagy a tengerfenékre fektethetők, ami lehetővé teszi a hálózatok jelentős bővítését, és jelenleg számos projekt van folyamatban a világ különböző részeinek összekapcsolására. Európában például a NordLink projekt Dél-Norvégiát és Németországot fogja összekötni, és a HVDC-kábelprojektek jelentős részét képezik az energiewende-nek, Németország átfogó tervének, amely a környezeti szempontból fenntarthatóbb energiaellátásra való áttérést célozza.
„Ahhoz, hogy kezelni tudjuk a gyorsan növekvő globális villamosenergia-igényt, a hatékony és biztonságos HVDC-kábelek alapvető fontosságúak. A megújuló energiák kínálata ingadozhat, ezért a villamos energia nagy távolságokra kiterjedő hálózatokon keresztül történő szállítása elengedhetetlen a stabil és megbízható elosztás biztosításához” – mondta Christian Müller, a kutatás vezetője, a Chalmers Műszaki Egyetem Kémiai és Vegyészmérnöki Tanszékének professzora a Phys.org portálnak arról az új szigetelőanyagról, amely megoldhatja, hogy ezeken a kábeleken a lehető legkisebb energiaveszteséggel vezessék el a megtermelt áramot.
A szállítás során a lehető legkevesebb energiát kell elveszíteni, amire eddig a leggyakrabban használt módszer az egyenáramú feszültségszint növelése volt. Viszont az átviteli feszültség növelése hátrányosan befolyásolja a HVDC-kábel szigetelését. A megoldást pedig épp a szigetelőanyag elektromos vezetőképességének csökkentése jelentheti.
A kutatók most egy újszerű módszert mutatnak be a szigetelőanyag vezetőképességének csökkentésére: egy olyan anyagot találtak, amely háromszor alacsonyabb vezetőképességet biztosít a kábeleknek. Ennek alapja a polietilén, amelyet már a meglévő HVDC-kábelek szigetelésére használnak. Most a kutatók a poli(3-hexiltiofén) néven ismert konjugált polimer nagyon kis mennyiségű – 5 milliomodrésznyi – hozzáadásával akár háromszorosára tudták csökkenteni az elektromos vezetőképességet.
A P3HT néven is ismert adalékanyagot már sokan vizsgálják, és mivel kevés szükséges belőle a vezetési képesség megváltoztatására, új lehetőségeket nyit a gyártók előtt. A vezetőképesség csökkentésére korábban használt lehetséges egyéb anyagok a különböző fémoxidok nanorészecskéi és más poliolefinek, de ezekhez lényegesen nagyobb mennyiségre van szükség, ami még akkor is probléma, ha picivel hatékonyabbak, mint a P3HT.
„Az anyagtudományban arra törekszünk, hogy az adalékanyagokat a lehető legkisebb mennyiségben használjuk, hogy növeljük az ipari felhasználás lehetőségét és javítsuk az újrahasznosítási potenciált. Az, hogy ebből az adalékanyagból csak nagyon kis mennyiség szükséges a hatás eléréséhez, nagy előny” – mondja Christian Müller.
A konjugált polimereket, mint például a P3HT-t, korábban már használták rugalmas és nyomtatott áramkörök tervezéséhez. Ez az első alkalom azonban, hogy adalékanyagként egy alapanyagként használt műanyag tulajdonságainak módosítására használták és tesztelték őket. A kutatók ezért úgy vélik, hogy felfedezésük számos új alkalmazáshoz és kutatási irányhoz vezethet.
Forrás: napi.hu
