使用超导体通过一个组合系统移动人员货物和能源

电力传输和运输的超导性前景长期以来因高成本而受阻。现在，来自休斯顿大学和德国的研究人员展示了一种降低成本并颠覆交通和能源运输部门的方法，方法是使用超导体沿现有高速公路基础设施运送人员、货物和能源。

组合系统不仅会降低每个系统的运行成本，还会提供一种储存和运输液化氢的方法，液化氢是未来重要的清洁能源。液化氢将用于在储存和运输时冷却超导体导轨，从而减少对能够将燃料冷却至 20 开尔文或负 424 华氏度的单独专用管道系统的需求。

2023 年 4 月 24 日发表在APL Energy杂志上的一篇论文描述了这一概念，它表明未来航空旅行和传统货运可能会过时，取而代之的是允许个人和商用车辆高速行驶的“超级系统”高达每小时 400 英里——甚至可能是原来的两倍。

“我称之为改变世界的技术，”休斯敦大学德州超导中心主任任志峰说，他提出了这个概念，并且是该论文的通讯作者。“超导性有望在无功率损耗的情况下传输电力，为磁悬浮超高速列车提供动力，并用于储能。但它在经济上不可行，这就是为什么它还没有大规模发生的原因。”

现代超导研究始于 1987 年，当时由 UH 物理学家 Paul Chu 领导的团队发现了一种化合物，该化合物在高于液氮沸点的温度下充当超导体。从那时起，示范项目已经证明，超导体可用于为磁悬浮列车提供动力，并在没有能量损失的情况下传输电力，从而减少浪费。

技术细节仍有待解决，Ren 说，他也是 MD Anderson 物理学讲座教授。“但学习曲线不应该陡峭，因为我们在过去 40 年左右的时间里学到了很多东西。”

融资将是另一个挑战。尽管这份概念验证文件不包括经济分析，但他表示，与任何单个系统相比，将交通和能源系统结合起来并使用现有道路将大大降低成本。他说，这与该项目潜在的长期经济和环境效益一起，将超过前期成本。

磁悬浮列车传统上在磁化轨道上运行，超导体嵌入在列车底盘中。这个概念颠覆了这一点，将超导体嵌入现有的高速公路基础设施中，并在车辆底盘上添加磁铁，从而避免了冷却每辆车上的超导体。相反，液化氢在穿过系统时会冷却超导体，液化氮和真空层用于热绝缘液化氢。

研究人员建立了一个模型来展示该概念的关键技术方面——将磁铁悬浮在超导体导轨上方。液氮用于冷却模型中的超导体;任正非表示，未来的车型将使用氢气。

带有磁化底盘的车辆——火车、货运卡车，甚至私家车——将进入超导体导轨，悬浮并高速移动以到达目的地。离开导轨后，车辆将继续由传统的电动或内燃机驱动的行程。

任说，人们将能够在自己方便的时候出行，同时享受高铁和航空旅行的省时优势。“而不是 75 英里/小时，你可以在短短几个小时内以 400 英里/小时的速度从休斯敦到洛杉矶，或从休斯敦到纽约。”

他说，当汽车或卡车在超导体导轨上行驶时，燃料或电力消耗将急剧下降，从而降低成本和环境足迹。

“所有这些好处加在一起，我认为它可以改变世界。”

除了 Ren 之外，该项目的合著者还包括 UH 德克萨斯超导中心的 Shaowei Song;德国德累斯顿莱布尼茨固态与材料研究所的 Kornelius Nielsch ;O. Vakaliuk、U. Floegel-Delor 和 F. Werfel，他们都在位于德国托尔高的 Adelwitz Technologiezentrum GmbH (ATZ) 工作，该公司专门从事高温超导材料制造。