Enciclopedia storica
I materiali superconduttori sono sostanze uniche che, a determinate condizioni (di solito a basse temperature), conducono la corrente elettrica senza perdite, ovvero non hanno resistenza elettrica. La superconduttività è stata scoperta all'inizio del XX secolo; tuttavia, a partire dagli anni 2020, è iniziato uno sviluppo su larga scala di nuovi superconduttori, il che ha riacceso l'interesse per questo fenomeno e le sue applicazioni nei sistemi elettrici.
La scoperta della superconduttività è avvenuta nel 1911 grazie al fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes, che ha scoperto che il mercurio perde resistenza elettrica a temperature inferiori a 4,2 Kelvin. Con lo studio di questo fenomeno, sono stati scoperti vari tipi di superconduttori, compresi "superconduttori a bassa temperatura" e "superconduttori ad alta temperatura", che possono funzionare in condizioni meno estreme. Nel 1986 si è assistito a una rivoluzione nel campo della superconduttività grazie alla scoperta del superconduttore ad alta temperatura YBCO (ossido di ittrio-bario-rame), che funziona a temperature superiori a 90 K.
Dall'inizio degli anni 2020 la ricerca sui materiali superconduttori ha ricevuto una nuova spinta. Gli scienziati hanno iniziato a utilizzare ampiamente metodi avanzati di modellazione basati su machine learning per creare nuove combinazioni di elementi, al fine di ottenere caratteristiche ottimali di superconduttività. L'uso di tecnologie criogeniche, così come nuovi metodi di sintesi e lavorazione dei materiali, hanno dato origine a superconduttori con temperature critiche significativamente più elevate.
Uno dei risultati significativi degli ultimi anni è stata la creazione di superconduttori ferrosi, che possono funzionare a temperature fino a 55 K. Tuttavia, la vera svolta è avvenuta con la scoperta dei superconduttori "idridici", come H3S e LaH10, avvenuta negli anni 2020: alcuni di essi dimostrano superconduttività a pressione atmosferica o addirittura a temperature superiori a 250 K. Questa scoperta apre opportunità per l'applicazione di materiali superconduttori in diverse condizioni, riducendo significativamente i costi di raffreddamento.
I materiali superconduttori trovano un'ampia gamma di applicazioni nei moderni sistemi elettrici. Una delle direzioni più promettenti è la creazione di magneti superconduttivi, utilizzati nella risonanza magnetica (RM) e in installazioni scientifiche come il Grande collisionatore di adroni. I cavi superconduttivi possono ridurre significativamente le perdite di energia durante la trasmissione attraverso linee elettriche, rendendo possibile una distribuzione più efficiente dell'energia elettrica su grandi distanze.
Poiché i materiali superconduttori garantiscono perdite di energia nulle, la loro diffusione di massa può portare a notevoli vantaggi economici e ambientali. La riduzione delle perdite nella trasmissione di energia elettrica consente di ridurre il consumo di risorse utilizzate per la generazione di energia, oltre a diminuire le emissioni di anidride carbonica legate alla produzione di energia. Si prevede che in futuro l'uso delle tecnologie superconduttrici contribuirà a sistemi energetici più sostenibili.
Nonostante i numerosi vantaggi dei materiali superconduttori, la comunità scientifica affronta sfide significative. Il problema principale rimane il costo di produzione e la necessità di mantenere i superconduttori a temperature critiche molto basse. Tuttavia, il progresso nel campo della scienza dei materiali e delle tecnologie criogeniche, insieme allo sviluppo di nuovi metodi di combinazione degli elementi, crea prospettive per superare con successo queste difficoltà nei prossimi decenni.
I materiali superconduttori continuano a svolgere un ruolo chiave nello sviluppo dei sistemi elettrici e delle tecnologie. Le scoperte realizzate negli anni 2020 dimostrano chiaramente che il futuro appartiene ai materiali superconduttori, in grado di superare le attuali limitazioni e cambiare sostanzialmente l'approccio alla creazione di soluzioni energetiche efficienti e sostenibili. Questo percorso comporta non solo cambiamenti tecnologici, ma anche economici e ambientali, che influenzeranno senza dubbio il futuro dell'energia in tutto il mondo.