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La superconduttività al servizio dell’ambiente

Scritto da Annalisa Arci il 16.09.2013

La superconduttività si sta rivelando una grande risorsa per affrontare alcune delle più grandi sfide dell’umanità. O, almeno, così dovrebbe essere secondo uno studio, Superconductivity and the environment: a Roadmap pubblicato oggi, 16 settembre, nella rivista Superconductor Science and Technology in cui si spiega in che modo le teorie sulla superconduttività possono essere utili, sul piano tecnologico, soprattutto al di fuori dei laboratori. Qualche esempio? Negli ospedali, nelle aziende per risolvere problemi annosi nulla depurazione delle acque, nel monitoraggio terremoto e nella riduzione dei gas responsabili dell’effetto serra.

Molta carne al fuoco, insomma. Vediamo anzitutto di capire cosa si intende con superconduttività. La superconduttività, scoperta dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes nel 1911, è una caratteristica di alcuni materiali – di solito metalli o materiali ceramici – che esibiscono una resistenza nulla alla corrente elettrica, di solito indotta quando il materiale viene raffreddato a temperature vicine allo zero assoluto.

Si comprende bene che una corrente elettrica che scorre lungo un anello di materiale superconduttore non sperimenterà resistenza alcuna e, per questo, potrà proseguire indefinitamente, anche in assenza di alimentazione. Di conseguenza, i cavi con questa proprietà possono condurre correnti molto più intense rispetto ai fili comuni, creando intensi campi magnetici al loro interno (fenomeno noto come Effetto Meissner).

Schema dell’effetto Meissner: a temperatura maggiore di Tc (abbiamo lo stato normale, a sinistra) in cui il materiale è attraversato da linee di forza del campo magnetico. Invece, a temperatura minore di Tc (lo stato superconduttivo a destra) il campo è totalmente espulso. (Crediti: Wikipedia.org).

Ad oggi, i magneti superconduttori sono in uso nelle macchine con cui si eseguono le risonanze magnetiche, nonché nelle attrezzature scientifiche come spettrometri di massa e acceleratori di particelle. Lance Cooley, uno degli autori dell’articolo, in forze presso il Fermi National Accelerator Laboratory, ha in proposito dichiarato: ” la superconduttività riunisce alcune grandi sfide che ci siamo posti nel corso degli ultimi 50 anni. Il Large Hadron Collider, la più grande macchina costruita dal genere umano, non esisterebbe se non fosse per la superconduttività”. Ora, la scoperta di nuovi materiali e di nuove tecnologie permetterà ai ricercatori e agli imprenditori di applicare la superconduttività in molti altri modi innovativi; tra i più interessanti troviamo quelli a beneficio dell’ambiente. 

Diamo uno sguardo sinottico alle applicazioni proposte dallo studio. Utilizzando superconduttori ad interferenza quantistica, superconducting quantum interference devices (SQUIDs), strumenti molto sensibili che possono misurare piccolissime variazioni nei campi magnetici, è possibile individuare e recuperare in modo sicuro gli ordigni inesplosi (UXO). Migliaia di UXO sono ancora scoperti ogni anno in tutta Europa, in particolare nelle aree che sono state pesantemente bombardata durante la seconda guerra mondiale. Possono essere molto instabili e costituire una seria minaccia. Ciò nonostante, con le tecnologie attuali, la loro scoperta è un compito assai arduo soprattutto a causa della complessità del terreno che deve essere scandagliato.

Pascal Febvre, dell’Università di Savoia, spiega come una rete di SQUIDs sparsi in tutto il mondo potrebbe anche aiutare ad individuare esplosioni solari che, a causa delle particelle magnetiche emesse, potrebbero costituire un potenziale pericolo, scatenando il caos con i nostri sistemi di comunicazione. Una rete simile potrebbe anche aiutare a individuare la firma magnetica propria dei terremoti prima che colpiscano.

Un settore all’avanguardia è quello del trasporto ferroviario ad alta velocità. Treni a levitazione magnetica, in cui la merce è sospesa sui magneti e non ha alcun contatto con le rotaie, sono già stati costruiti in Germania, Cina, Giappone e Brasile. Questi paesi stanno ora cercando di sviluppare superconduttori ad alta temperatura per i treni a levitazione magnetica che usano l’azoto liquido invece dell’elio liquido per i processi di raffreddamento, in modo da ridurre i costi operativi e offrire una levitazione più stabile estendibile anche ai carri leggeri.

E non è finita. Kyeongdal Choi e Woo Seok Kim, dal Polytechnic University in Corea, spiegano che i superconduttori possono essere utilizzati per rendere più efficienti gli impianti eolici e solari, calcolando quanta energia può essere generata e usata in ogni momento, a differenza di fonti non rinnovabili come carbone e petrolio, che hanno un’uscita costante. Le realizzazioni pratiche non sarebbero così improbabili. Cavi superconduttori possono anche trasportare corrente elettrica senza resistenza attraverso grandi distanze dalle centrali eoliche e solari per città e paesi.

E ultimo, ma non per importanza, il problema delle fonti di acqua potabile: il prof. Shigehiro Nishijima dell’Università di Osaka sottolinea che la crescente necessità di acqua pulita per usi domestici diventerà presto una criticità che i governi dovranno affrontare. Suggerisce una soluzione: utilizzare sistemi di separazione dei campi magnetici basati su magneti superconduttori per questo scopo. Benché, soprattutto in questo ultimo caso, siamo di fronte a pure teorie, se lo studio verrà ulteriormente confermato c’è da sperare che i finanziamenti in questi settori non si facciano troppo aspettare.

  

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