Investigadores de Corea del Sur afirmaron haber descubierto un «superconductor a temperatura ambiente», lo que desencadenó un breve pero intenso ciclo de exageración tecnológica.
Las últimas tres semanas han sido testigos del dramático ascenso y caída de un nuevo candidato para el santo grial de la ciencia de los materiales: un superconductor que funciona a temperatura ambiente. El 22 de julio, un equipo de investigadores en Corea del Sur informó sobre sus hallazgos sobre un compuesto al que llamaron LK-99, afirmando que su descubrimiento fue un «momento histórico completamente nuevo» que «abriría una nueva era para la humanidad». Siguió un bullicioso frenesí de discusiones de física en línea y publicaciones rápidas, solo para fracasar dos semanas después. LK-99, al parecer, fue un fracaso.
El interés público en torno a LK-99 fue un fenómeno social tanto como científico. El gran volumen de discusiones en línea en tableros de mensajes, chats grupales, Reddit y X, la aplicación antes conocida como Twitter, atrajo la atención de los científicos investigadores que comenzaron a realizar simulaciones y experimentos para replicar o refutar las afirmaciones del equipo coreano. Por un breve momento, una gran audiencia de personas nuevas en la superconductividad encontró fascinación repentina con un área de nicho de la ciencia de los materiales, buscando una respuesta a una pregunta profunda pero raramente escuchada: ¿Había entrado la humanidad en una nueva era dorada?
Siempre que la energía eléctrica pasa por una línea de transmisión, parte se pierde como calor residual, un impuesto omnipresente impuesto por las leyes de la naturaleza. El potencial milagroso de los superconductores es que transportan electricidad a grandes distancias con una eficiencia perfecta. Si alguna vez descubrimos cómo fabricarlos de manera económica y hacerlos funcionar a temperatura ambiente en lugar de solo a cientos de grados bajo cero, revolucionaría nuestra economía y ayudaría a salvar el medio ambiente. Los superconductores también pueden lograr hazañas como poderosos campos magnéticos y levitación en el aire, lo que permite nuevas categorías de dispositivos electrónicos, computadoras y modos de transporte.
Desafortunadamente, el material superconductor de temperatura más alta actualmente conocido solo lo hace a -10 grados, mientras que debe someterse a una presión de alrededor de 1,9 millones de atmósferas. Los materiales superconductores a presión ambiental requieren temperaturas por debajo de los -150 grados, lo que limita su uso a aplicaciones en las que la ingeniería criogénica vale la pena, como imágenes médicas y física experimental.
La búsqueda de un superconductor a temperatura ambiente
En las últimas décadas, los científicos han descubierto materiales superconductores a temperaturas cada vez más altas.
Gráfico de Sara Chodosh.
Estas propiedades son posibles en los superconductores por la forma en que los electrones se mueven de manera diferente a través de ellos que a través de los metales comunes. En cobre y otros materiales eléctricamente conductores, imagine una bola de corriente eléctrica que cae en la parte superior de una máquina Plinko y rebota en las clavijas hasta el final. Cada rebote transfiere un poco de energía de la pelota a una clavija: ese es el impuesto al calor en el trabajo. En un superconductor, las bolas de corriente eléctrica se deslizan suavemente, como canicas a lo largo de una pista. Sin calor, sin pérdida de energía.
Una red eléctrica ecológica
Los superconductores a temperatura ambiente tendrían el mayor impacto en la generación, transmisión y distribución de energía. Actualmente, del 8 al 15 por ciento de toda la energía producida para las redes eléctricas se pierde como calor residual en el camino hacia su uso. En los Estados Unidos, esto se suma a docenas de plantas de energía nuclear por valor de energía desperdiciada. El uso de superconductores a temperatura ambiente en transformadores eléctricos, que reducen los altos voltajes en las líneas de transmisión a niveles apropiados para uso doméstico, y generadores, que convierten la energía de rotación en energía eléctrica, podría ahorrar entre un 30 y un 40 por ciento más de la energía desperdiciada al tiempo que reduce la cantidad y complejidad de los materiales que se necesitan para fabricar dicho equipo en primer lugar.
Las líneas de transmisión superconductoras también permitirían la transferencia casi sin pérdidas de energía renovable a grandes distancias. La energía generada por paneles solares masivos en los desiertos de la costa oeste podría alimentar más fácilmente a las ciudades de la costa este durante el invierno, y el almacenamiento de energía basado en superconductores podría reemplazar por completo las baterías a escala industrial, resolviendo uno de los principales desafíos en el desarrollo de energía renovable a escala. Estos sistemas de almacenamiento funcionan permitiendo que la corriente eléctrica viaje en un bucle sin fin, y dado que lo hace prácticamente sin pérdidas, puede continuar dando vueltas en este bucle con muy poca energía utilizada para mantenerlo en marcha. La energía total que se pierde al cargar y descargar una batería convencional es de alrededor del 20 por ciento, mientras que en un sistema de almacenamiento superconductor de este tipo, estaría más cerca del 5 por ciento.
Resonancias magnéticas mejores y más baratas
Los superconductores de baja temperatura se utilizan hoy en día en aplicaciones que requieren campos magnéticos potentes, como las máquinas de resonancia magnética. Un contribuyente significativo al gasto de esas máquinas es el helio líquido necesario para enfriar los imanes a temperaturas criogénicas. Cada máquina de resonancia magnética requiere aproximadamente 500 galones de helio para funcionar, y los precios de suministro limitados y fluctuantes del helio pueden aumentar el precio y limitar la disponibilidad de resonancias magnéticas para los pacientes que las necesitan.
El límite de resolución de las resonancias magnéticas está determinado por la fuerza del campo magnético, y los superconductores pueden producir campos magnéticos muy fuertes. Se han propuesto máquinas más económicas que funcionan sin enfriamiento criogénico, pero tendrían una resolución mucho menor sin superconductores, lo que limita su capacidad para detectar condiciones de salud pequeñas pero importantes. Los superconductores a temperatura ambiente resolverían ambos desafíos. Las imágenes médicas no invasivas, más baratas, más accesibles y de mayor resolución, podrían transformar la calidad de la atención médica de diagnóstico, particularmente en los países más pobres que tienen menos acceso a las resonancias magnéticas en la actualidad.
Transporte público de alta velocidad
Los campos magnéticos de alta potencia producidos por los superconductores también se pueden usar comercialmente para hacer levitar trenes de alta velocidad sobre un delgado colchón de aire sobre las vías. Esta tecnología ha estado en desarrollo en Japón durante décadas, con trenes de levitación magnética proyectados originalmente para abrir al público en 2027, funcionando a velocidades de hasta 375 millas por hora entre Tokio y Nagoya. En los Estados Unidos, recientemente se propuso una línea de tren de levitación magnética para transportar pasajeros entre la ciudad de Nueva York y Washington, DC, en menos de una hora.
Estos trenes especializados son increíblemente costosos de construir y difíciles de diseñar debido a nuestros materiales superconductores actuales, lo que limita su aplicación solo a los corredores de pasajeros más concurridos y densos del mundo. Los superconductores a temperatura ambiente simplificarían drásticamente el diseño y la ingeniería de los trenes de alta velocidad, alcanzando velocidades que harían que el ferrocarril fuera competitivo con las aerolíneas para los viajes interurbanos continentales. Como beneficio adicional, estos trenes podrían funcionar con energía de red limpia habilitada por superconductores, eliminando las miles de libras de dióxido de carbono emitidas para transportar a los pasajeros en un vuelo nacional.
Chips de computadora de alta eficiencia
Los transistores que alimentan toda la electrónica moderna tienen limitaciones: solo pueden operar tan rápido y cada operación pierde energía en forma de calor. La velocidad de las operaciones de transistores de los chips de computadora aumentó constantemente hasta mediados de la década de 2010, cuando alcanzó los límites materiales de nuestros transistores actuales basados en silicio. La densidad de los transistores en un chip de computadora moderno también está muy limitada por nuestra capacidad para eliminar el calor residual, razón por la cual los chips son rectángulos pequeños y planos, a menudo con grandes disipadores de calor en la parte superior, en lugar de cubos sólidos.
Los chips de computadora diseñados con materiales superconductores tienen el potencial de ser alrededor de 300 veces más eficientes energéticamente y 10 veces más rápidos que nuestra actual microelectrónica basada en silicio. Eliminar el calor residual permitiría diseños más compactos, mayor duración de las baterías y un impuesto más bajo en nuestra red eléctrica para impulsar la economía digital. Finalmente, podríamos dejar abiertas tantas pestañas del navegador como queramos.
Energía de fusión
El papel más interesante que podrían desempeñar los superconductores a temperatura ambiente en nuestra economía futura es la producción de energía limpia y barata. La reciente aparición de proyectos de fusión nuclear con financiación privada ha sido posible en gran medida gracias a los avances en la fabricación de cintas superconductoras de alta temperatura, que generan campos magnéticos extremadamente potentes que atrapan y confinan un gas cargado y caliente llamado plasma a más de 180 millones de grados. Un superconductor a temperatura ambiente hecho de metales baratos ampliamente disponibles aceleraría drásticamente la línea de tiempo para reemplazar nuestras formas de energía más peligrosas y contaminantes, el carbón y el petróleo, con energía de fusión, que funciona según el mismo principio que alimenta al sol.
Se dice que la energía de fusión, si alguna vez llega, será la última fuente de energía que la humanidad necesitará. Dado que el combustible para la fusión se puede extraer del agua de mar, liberaría nuestros suministros de energía de la agitación geopolítica que envía sacudidas a nuestra economía de vez en cuando a través de los precios oscilantes del petróleo y el gas natural. Para tener una idea de la escala, el hidrógeno de un galón de agua de mar, cuando se quema en un reactor de fusión, libera aproximadamente la misma cantidad de energía que más de 1000 galones de gasolina refinada. La energía ilimitada, libre de conflictos y libre de carbono reduciría el costo de casi todas las piezas o productos, ya que la mitad del precio de los materiales comunes como el acero y el aluminio es el costo de la electricidad que se necesita para fabricarlos.
Nuestro dilema central en el mundo moderno y consciente del medio ambiente es que debemos aprender a hacer más con menos. El motor de nuestra economía exige un crecimiento constante para sostenerse. Sin embargo, también reconocemos la necesidad de reducir nuestro impacto en el mundo que nos rodea y proteger el medio ambiente en crisis. Nuestros incentivos y obligaciones con el mundo material nos empujan en diferentes direcciones. El atractivo de un superconductor a temperatura ambiente crece a medida que se oscurece nuestro panorama económico y medioambiental. Es el tipo de material milagroso que podría frenar el cambio climático mientras potencia la prosperidad económica global, realizado a través de nuevas tecnologías que antes solo se veían en la ciencia ficción.
En los últimos días, los científicos publicaron varios informes nuevos que muestran que LK-99 no es un superconductor a temperatura ambiente, sino una sustancia magnética bastante mundana que imita algunas de las propiedades visuales características de los superconductores, como levitar sobre un imán fuerte, pero no la más importante propiedad física de resistencia eléctrica cero. En lugar de encontrar oro, los científicos coreanos probablemente descubrieron una nueva forma de pirita.
Todavía no sabemos si el campo de la investigación de la superconductividad se beneficiará de las nuevas vías abiertas en las últimas semanas si muchos laboratorios continúan investigando materiales similares a LK-99. Es un campo donde la teoría y el experimento a menudo se han desafiado, y nuestras expectativas de lo que es posible han sido frecuentemente cuestionadas por lo que se ha observado. Aunque el interés público sin duda se desvanecerá por ahora, queda una promesa audaz: una edad de oro superconductora podría estar en el horizonte, y el papel de la ciencia es claro: encontrar una manera de llevarnos allí.