Zoeken
Menu
Alternatieven voor koper in stroomgeleiders Foto: Shutterstock

Stroomgeleiders en -verdelers zijn onmisbaar. Kunnen we thuis de elektriciteit nog door een soepele kabel geleiden, in industriële toepassingen met hoge vermogens zijn vaak andere oplossingen noodzakelijk.

Zilver en koper zijn twee van de best geleidende metalen. Doordat de elektronen zich vrijwel als een gas door het kristalrooster kunnen bewegen, is de soortelijke weerstand hiervan laag. Dat zorgt voor de goede geleiding van de stroom.

Invloed temperatuur

Koper is vanwege de kosten (vergeleken met zilver) uiteraard het meest gebruikte materiaal. Het is tevens een materiaal dat zich met bewezen productietechnieken goed laat verwerken, zelfs als het om kleine aantallen speciaal oplossingen op maat gaat. Stantec heeft zich bijvoorbeeld volledig toegelegd op het ontwikkelen en produceren van maatwerkoplossingen stroomgeleiders en verdelers. Messing is een ander veel gebruikte legering. Omdat de temperatuur de geleidbaarheid van koper, messing en andere metalen beïnvloedt, moet met deze factor rekening worden gehouden. Naarmate de temperatuur stijgt, kunnen de elektronen minder gemakkelijk bewegen en neemt de weerstand dus toe. Moet warmte worden afgevoerd, dan past men hiervoor dikwijls lamelstrips toe. Deze bestaan uit meerdere lagen bandmateriaal, meestal een koperlegering, die met een PVC worden geïsoleerd. Door het grote oppervlak kan de warmte goed worden afgevoerd. Bij het ontwerp van de machine of schakelkast dient eveneens voor een goede warmte-afvoer worden gezorgd. Een heel nieuwe ontwikkeling op dit vlak zijn de topologische isolatoren. Dit zijn materialen die aan de buitenkant wel stroom geleiden maar aan de binnenzijde niet. Deze materialen, die nog in de onderzoeksfase verkeren, tonen geen warmteontwikkeling.

Is aluminium een alternatief?      

Omdat koper relatief duur is en in de toekomst schaars wordt, zijn onderzoekers al jaren bezig alternatieven te zoeken. Aluminium wordt al toegepast in stroomgeleiders. Dit non ferro metaal is eveneens een goede stroomgeleider. In hoogspanningsleidingen is aluminium zelfs een van de meest toegepaste materialen. In schakelkasten biedt aluminium als bijkomend voordeel dat het warmte heel goed afvoert. En de vervormbaarheid is zeer hoog. De twee belangrijkste voordelen van aluminium ten opzichte van koper zijn evenwel dat de prijs en het soortelijk gewicht lager liggen. Op de LME schommelde de aluminiumprijs eind januari rond de € 1,75 per kilo tegenover € 5,50 voor een kilo koper.

Gewichtsreductie

Dat laatste heeft vooral de transportindustrie aangezet om de toepassing van aluminium verder te onderzoeken. Dit gaat zelfs verder dan alleen de industriële stroomgeleiders. In de vliegtuigindustrie worden bijvoorbeeld al veel aluminiumkabels toegepast. In de Airbus A380 zijn de koperen geleidingen voor de elektriciteit allemaal vervangen door aluminium varianten. Stilaan begint ook de industrie hier oog voor de krijgen. Fabrikanten van windmolens voor stroomopwekking vinden dit een interessante ontwikkeling omdat ze daarmee 40 tot 50% gewicht kunnen besparen. Dat maakt de bouwkosten van de windmolen zelf goedkoper omdat deze minder zwaar hoeft worden uitgevoerd. En recent is ook BMW samen met een Duitse universiteit aan de slag gegaan om de mogelijkheden van aluminium in het stroomnet aan boord van een auto te onderzoeken. De contactpunten zijn hier de grootste uitdaging.

Toekomst: koolstofbuisjes?

Een innovatie uit een heel andere richting zijn de koolstof nanotubes, kleine koolstofbuisjes die in een ander materiaal worden verwerkt. Elk buisje afzonderlijk geleidt de elektriciteit zelfs tien keer beter dan koper dat doet. Het grote probleem is tot nog toe de produceerbaarheid. Voor industriële toepassingen is dat nu nog niet mogelijk. 

Ook interessant