Ein in Italien gefertigter Hochtemperatur-Supraleitungsmagnet, der über 5 Tesla und 1 Megajoule gespeicherter Energie erzeugt, wurde diese Woche auf der Applied Superconductivity Conference in Pittsburgh vorgestellt. Seine Entwickler bezeichnen ihn als das leistungsstärkste Gerät seiner Art in Europa, das vollständig aus Hochtemperatur-Supraleitermaterialien besteht. Seine Ankunft signalisiert den Versuch europäischer Forscher, den an asiatische und amerikanische Konkurrenten verlorenen Boden wieder aufzuholen.

Der Magnet wurde im Werk von ASG Superconductors in Genua durch eine Zusammenarbeit des Unternehmens mit dem Nationalen Institut für Kernphysik (INFN) gebaut. Finanziert wurde er über einen Vertrag aus dem Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, dem EU-gestützten Aufbauplan Italiens.

Warum die Temperatur entscheidend ist

Herkömmliche Supraleitungsmagnete, wie sie in MRT-Geräten und Teilchenbeschleunigern zum Einsatz kommen, arbeiten bei 2 bis 4 Kelvin, knapp über dem absoluten Nullpunkt. Das Erreichen und Halten dieser Temperaturen erfordert komplexe kryogene Systeme, die viel Energie verbrauchen und den Einsatz der Technologie meist auf gut ausgestattete Laboratorien beschränken.

Hochtemperatur-Supraleiter hingegen funktionieren bei 20 bis 30 Kelvin. Der Begriff ist relativ: Minus 250 Grad Celsius ist nach keinem gewöhnlichen Maßstab warm. Doch dieser Temperaturbereich ist weitaus leichter zu erreichen und zu halten als die nahe dem absoluten Nullpunkt liegenden Bedingungen, die ältere Magnete erfordern. Die Kühlsysteme werden einfacher. Der Energieverbrauch sinkt, und die Betriebskosten fallen laut Projektangaben um mehrere Größenordnungen.

Für Kernfusionsreaktoren, die gewaltige Magnetfelder benötigen, um Plasma bei stellararen Temperaturen einzusperren, könnte dieser Effizienzgewinn darüber entscheiden, ob ein Kraftwerk mehr Energie produziert, als es verbraucht. Bei bestehenden medizinischen und Forschungsanwendungen bedeutet dieselbe Physik direkt geringere Betriebskosten.

Europas Wettbewerbslücke

Der Haken ist, dass Hochtemperatur-Supraleitermaterialien wesentlich schwerer zu verarbeiten sind als die in herkömmlichen Magneten verwendeten Niob-Zinn- und Niob-Titan-Legierungen. REBCO, die Verbindung im Kern des italienischen Geräts, vereint Kupfer, Barium und Seltenerdoxide. Ihre Verarbeitung erfordert Präzision und Sorgfalt, die weit über das hinausgeht, was etablierte Fertigungstechniken leisten können.

Japan und China haben erhebliche staatliche Mittel in die Beherrschung dieser Prozesse gelenkt. Die Vereinigten Staaten haben dasselbe getan, und eine Welle privaten Kapitals ist gefolgt: Kernfusions-Start-ups, überwiegend amerikanische, haben allein in den vergangenen drei Jahren mehr als 7 Milliarden Dollar von privaten Investoren eingesammelt. Europa, das einst eine führende Position in der Supraleiterforschung innehatte, wurde überholt.

Das italienische Projekt ist der ausdrückliche Versuch, diese Lücke zu schließen. Finanziert über den PNRR, denselben Mechanismus, der Milliarden an EU-Aufbaumitteln in nationale Prioritäten gelenkt hat, verbindet es Forschungsinfrastruktur mit einer industriellen Lieferkette in Genua.

Die Erfolgsbilanz des Werks in Genua

ASG Superconductors, im Besitz der Familie Malacalza und in Ligurien ansässig, ist kein Neuling. Ihr Werk in Genua hat Magnete für den Large Hadron Collider des CERN in Genf, für die Kernfusionsprojekte ITER und JT60, für das Fermilab in den Vereinigten Staaten und für das deutsche Schwerionenforschungszentrum GSI produziert. Die Kompetenz des Unternehmens bei herkömmlichen Supraleitern ist unbestritten. Die Herausforderung bestand darin, diese Expertise auf Materialien auszuweiten, bei denen die Fertigungstoleranzen enger sind und das Fehlerpotenzial weniger Spielraum lässt.

Was die Zahlen aussagen

Fünf Tesla sind ein starkes Magnetfeld. Ein typisches MRT-Gerät im Krankenhaus arbeitet bei 1,5 bis 3 Tesla. Die Dipolmagnete des Large Hadron Collider arbeiten bei 8,3 Tesla, doch dabei handelt es sich um herkömmliche Supraleiter, die auf 1,9 Kelvin gekühlt werden. 5 Tesla mit einem Hochtemperatur-Supraleiter bei einer um eine Größenordnung höheren Temperatur zu erreichen, zeigt, dass die Technologie die von Beschleunigern und Fusionsanlagen geforderten Feldstärken ohne den energetischen Aufwand extremer Kryogenik erreichen kann.

Der Wert von 1 Megajoule gespeicherter Energie misst, wie viel magnetische Energie das Gerät aufnehmen kann. Dies ist für Fusionsanwendungen relevant, bei denen Magnete große Felder über längere Zeiträume aufrechterhalten müssen, ohne zu degradieren.

Das Netzwerk Iris

Der Magnet ist Teil von Iris, einem Netzwerk von Laboratorien und Projekten in ganz Italien, das durch INFN- und PNRR-Mittel gefördert wird. Lucio Rossi, der Projektleiter, stellte das Gerät auf der ASC 2026 zusammen mit Marco Statera, ebenfalls vom INFN, vor. Er präsentierte es als Beweis dafür, dass italienische und europäische Forscher auf höchstem Niveau konkurrieren können, sofern die Investitionen fortgesetzt werden.

Rossi beschrieb den Magneten als „derzeit den ausgereiftesten und leistungsstärksten in Europa unter den vollständigen HTS-Magneten für Beschleuniger“, was bedeutet, dass er vollständig aus Hochtemperaturmaterialien besteht und kein Hybrid ist, der ältere Technologien einbindet. Er fügte hinzu: „Was gegenwärtig lediglich als eine Frage der wissenschaftlichen Innovation auf dem Gebiet der Magnete erscheint, könnte in Zukunft auch aus industrieller Sicht erhebliche Auswirkungen haben; deshalb müssen wir investieren und voranschreiten, um europäischen Forschern und der Industrie zu ermöglichen, sich auf den Wettbewerb auf einer globalen Bühne vorzubereiten.“

Kommerzielle Aussichten

Der weltweite Markt für Supraleitungsmagnete ist bereits mehrere Milliarden Dollar pro Jahr wert. Branchenprognosen, die auf der Konferenz in Pittsburgh zitiert wurden, beziffern den Wert in naher Zukunft auf rund 10 Milliarden Euro jährlich, angetrieben durch Kernfusion und Energieanwendungen. Fusions-Start-ups, die den Großteil der jüngsten privaten Investitionen auf sich gezogen haben, stehen nun vor einem anspruchsvollen Test: Sie müssen funktionierende Demonstratoren bauen, um die fortlaufende Finanzierung zu rechtfertigen, und Magnete sind der Kernbestandteil, den diese Demonstratoren benötigen.

Die Lieferanten, die Hochtemperatur-Supraleitungsmagnete in großem Maßstab und zu kontrollierten Kosten liefern können, werden über erheblichen kommerziellen Einfluss verfügen. Für ASG Superconductors und den INFN war die Präsentation in Pittsburgh ein Signal an diesen Markt. Die Frage ist nun, ob ein einzelner Demonstrationsmagnet, so beeindruckend er auch sein mag, in eine wiederholbare, kostenkontrollierte Fertigung überführt werden kann, für die Fusionsunternehmen und Forschungseinrichtungen zu zahlen bereit sind.

Erwähnte Personen

  • Lucio Rossi

    Project leader, National Institute of Nuclear Physics (INFN)

  • Antonio Zoccoli

    President, National Institute of Nuclear Physics (INFN)

  • Marco Statera

    Researcher, National Institute of Nuclear Physics (INFN)

Organisationen

National Institute of Nuclear Physics (INFN) · ASG Superconductors · European Organization for Nuclear Research (CERN) · ITER Organization