Hvernig munu farþegalestir framtíðarinnar líta út?

Þegar skoski kínverski fræðimaðurinn James Legge fór frá Shanghai til Peking vorið 1873 tók ferðin hann tvær vikur. Fyrst komst hann til Tianjin með bát og síðan með múla til kínversku höfuðborgarinnar. Í dag tekur sama 1200 km ferðalag rúma fjóra tíma á háhraðalest. Flugið á milli borganna tveggja tekur tvær klukkustundir og 20 mínútur. Hvað Evrópu varðar, þá eru Frecciarossa háhraðalestir frá Mílanó til Rómar, sem geta náð áfangastaðnum á innan við þremur klukkustundum, og frá Tókýó til Osaka - háhraða Shinkansen lestir - tvær og hálfa klukkustund.

Fólk hefur aldrei ferðast eins hratt og auðveldlega og það gerir í dag. En þessi þægindi hafa sitt að segja: Samgöngur standa undir 20% af losun koltvísýrings í heiminum og á síðustu þremur áratugum hefur hlutfall koltvísýrings frá samgöngum aukist hraðar en frá nokkrum öðrum uppruna. Þetta á sérstaklega við flugsamgöngur, losun sem jókst hraðar en frá járnbrautum eða vegasamgöngum. Í þessu sambandi vaknar spurningin: er hægt að ferðast á miklum hraða án þess að drepa plánetuna? Og ef svo er, hvernig?

Hraðvirkari, hreinni, grænni og búin háþróaðri tækni, járnbrautir eru eina flutningsformið sem hefur alla möguleika á að verða grundvöllur þess að mæta þörfum okkar fyrir hreyfanleika í framtíðinni. Þegar 200 ár eru liðin frá því að fyrsta farþegajárnbrautin nálgast árið 2025, eru lestir mikilvægari en nokkru sinni fyrr til að tryggja sjálfbæran hreyfanleika í heimi sem stendur frammi fyrir áskorunum loftslagsbreytinga, aukinnar þéttbýlismyndunar og fólksfjölgunar. Íbúum þéttbýlis í heiminum fjölgar um tvo íbúa á sekúndu og skapa 172800 nýja borgarbúa á hverjum degi. Þó íbúum fari fækkandi á sumum svæðum í heiminum, eins og Evrópu og Japan, er búist við að 90% fólksfjölgunar eigi sér stað í borgum og stórborgum í þróunarlöndum.

Til þess að þessar ört vaxandi borgir, svæði og stórborgir geti hreyft sig eru skilvirkar almenningssamgöngur ekki aðeins æskilegar heldur nauðsynlegar.

Hversu hraðar geta háhraðalestir verið?

Glæsilegar nýjar „háhraðalestir“ komast oft í fréttirnar þar sem línunetið í Evrópu og Asíu heldur áfram að stækka, þar sem nýjar línur eru fyrirhugaðar eða þegar í smíðum í löndum eins og Frakklandi, Þýskalandi, Spáni, Indlandi, Japan og mun stærri skala, í Kína, þar sem háhraðanetið mun ná 2025 km árið 50000.

Þegar hin umdeilda háhraða 2030 (HS2) lína verður fullgerð snemma á þriðja áratug síðustu aldar vegna offramkeyrslu á fjárlögum og viðkvæmt landslag, mun England vera með hröðustu reglulegu lestir heims, sem ferðast venjulega á 2 km/klst., en geta þróað upp hraða í 362 km/klst.

Með því að sameina japanska háhraðalestartækni með breskri hönnun mun 2 milljarða dollara HS2,5 flotinn gjörbylta langferðum milli London og ensku miðlandanna og borga í norðurhluta landsins. Flutningur langlínuþjónustu til HS2 mun einnig losa um nauðsynlega afkastagetu á núverandi járnbrautum til að flytja fleiri staðbundna farþega og vöruflutninga.

Eftir nokkurra áratuga rekstur hafa lönd eins og Frakkland, Japan og Kína hins vegar komist að þeirri niðurstöðu að ávinningurinn af því að keyra háhraðalest á hraða yfir 320 km/klst vegi þyngra en verulega hærri viðhalds- og orkukostnaður sem þær hafa í för með sér. Nú eru viðurkenndir leiðtogar háhraðalesta í Japan og Kína ekki takmarkaðir við "stál á stál" tækni, heldur eru þeir að þróa lestir sem geta náð allt að 600 km/klst hraða.

Hugmyndin um háhraðalest sem keyra á sérstökum teinum með segulsveiflu (maglev) hefur verið lýst sem „framtíð ferðalaga“ í meira en 50 ár, en fyrir utan nokkrar tilraunalínur og kínverska leið sem tengir miðbæ Shanghai við flugvöllinn. , það hefur haldist þannig að mestu leyti fræðilegt.

En ekki lengi. Japan er að fjárfesta fyrir 72 milljarða dollara í Chuo Shinkansen verkefninu, sem mun verða afrakstur meira en 40 ára maglev þróunar. 286 kílómetra línan mun tengja Tókýó og Naga á aðeins 40 mínútum og á að ná til Osaka og stytta 500 kílómetra ferðina frá höfuðborginni í 67 mínútur. Framkvæmdir hófust árið 2014 og upphaflega var búist við að þeim yrði lokið árið 2027 (þar sem Nagoya-Osaka línan opnaði tíu árum síðar), en vandamál með að fá leyfi fyrir hluta línunnar gera það að verkum að opnunardagur er óþekktur eins og er. Tafir og mikil kostnaðaraukning hafa orðið til þess að margir hafa efast um efnahagslegt gildi verkefnisins.

Ólíklegt er að slíkir erfiðleikar komi upp í Kína, sem er einnig að byggja segulmagnaðar flutningalínur sem valkost við stuttar flugferðir og til að veita leifturhröðum ferðalögum um þéttbýl þéttbýli. Kína ætlar að búa til „þriggja klukkustunda umferðarhringi“ í kringum helstu borgir sínar og breyta þyrpingum af borgum í efnahagsleg stórveldi.

Meira en 120 milljónir manna búa nú þegar í suðurhluta fjölmennasta lands heims, Pearl River Delta svæðinu sem nær yfir Hong Kong, Guangzhou og Shenzhen. Kínverskir skipulagsfræðingar vonast til að sameina níu borgir á svæðinu til að búa til þéttbýli sem er 26000 ferkílómetrar. Gert er ráð fyrir segulpúðaleiðum fyrir Shanghai-Hangzhou og Chengdu-Chongqing leiðirnar, auk margra annarra, ef þær reynast vel.

Í öðrum löndum heims getur mikill kostnaður og skortur á samþættingu við núverandi járnbrautir orðið hindrun fyrir frekari útbreiðslu maglev tækni. Þegar Kína glímdi við þrengsli og mengun í þéttbýlum borgum sínum, opnaði Kína 2021 nýjar neðanjarðarlestarlínur samtals 29 km í desember 582 einum. Mörg önnur lönd með vaxandi borgum verða bráðum að fylgja í kjölfarið ef þau vilja ekki láta ofviða.

Hins vegar, til að uppfylla þessar væntingar, mun járnbrautaiðnaðurinn þurfa að fara hratt í nokkrar áttir til að skila verulega meiri afkastagetu, meiri skilvirkni, áreiðanleika og hagkvæmni.

Mannlausar lestir

Sjálfvirk umferð hefur verið til í áratugi – Victoria-línan í London neðanjarðarlestarstöðinni hefur verið rekin að hluta til með þessum hætti síðan hún opnaði árið 1967 – en er venjulega takmörkuð við sjálfvirkar línur með eins lestum sem keyra með föstu millibili.

Undanfarin ár hefur Kína verið fremstur í flokki í ökumannslausum járnbrautum, einkum með því að kynna einu háhraða sjálfstjórnarlestir heims sem keyra á allt að 300 km/klst hraða milli Peking og Vetrarólympíuleikanna 2022. Japan er einnig að gera tilraunir með „kúlulestir“ sem geta ferðast sjálfstætt frá flugstöðvum til birgðastöðva til viðhalds, sem losar ökumenn til að reka arðbærari lestir.

Hins vegar er eitt atriði að reka ökumannslausar lestir á sjálfvirkum línum. Mun erfiðara er að tryggja örugga rekstur þeirra á hefðbundnum járnbrautum með blandaðri notkun, þar sem farþegalestir og vöruflutningalestir með mjög mismunandi eiginleika, hraða og þyngd eru blönduð.

Stór gögn og hið svokallaða Internet of Things munu gera samgöngumáta kleift að hafa samskipti sín á milli og við umhverfið, sem ryður brautina fyrir samþættari, fjölþættri ferðalög. Snjöll vélmenni munu gegna stærra hlutverki við skoðun innviða eins og jarðganga og brýr, sem og í skilvirku viðhaldi öldrunar mannvirkja.

Áhrif á umhverfið

Þrátt fyrir sannaða umhverfisvænni í samanburði við flug, eiga járnbrautir enn langt í land með að draga úr eigin kolefnislosun og mengun frá dísilvélum. Í samræmi við markmið Sameinuðu þjóðanna um loftslagsbreytingar hafa mörg lönd skuldbundið sig til að hætta dísillestir í áföngum fyrir árið 2050 eða jafnvel fyrr.

Í Evrópu og víða í Asíu eru flestar fjölförnustu línurnar þegar rafvæddar, en ástandið er allt frá því að vera tæplega 100% rafvæðing í Sviss upp í innan við 50% í Bretlandi og nánast engin í sumum þróunarlöndum. Norður-Ameríka einkennist af dísel - sérstaklega á ríkjandi vöruflutningajárnbrautum - og það er ekki sama lyst á rafvæðingu og sést í Evrópu og Asíu.

Rafhlöðutæknin virðist eiga að gegna mikilvægu hlutverki við að hverfa frá „skítugum dísilvélum“ bæði fyrir þungaflutninga og hljóðlátar farþegaleiðir þar sem ekki er hægt að réttlæta fulla rafvæðingu. Fjölmargar rafhlöðuknúnar frumgerðir eru nú í prófun eða í þróun og eftir því sem tækninni fleygir fram ætti járnbrautum að vera háð dísilolíu að minnka fyrir lok þessa áratugar.

Fyrir aðra er vetni mikil von um kolefnislosun járnbrautasamgangna. Grænt vetni sem er búið til í sérstökum verksmiðjum sem nota endurnýjanlega raforku er hægt að nota til að knýja efnarafala sem knýja rafmótora.

Franski lestarframleiðandinn Alstom er í fararbroddi með Coradia iLint vetnisrafmagnslest sinni, sem flutti fyrstu farþega sína árið 2018, sem ruddi brautina fyrir framleiðsluútgáfur sem nú eru í smíðum fyrir nokkur Evrópulönd.

Járnbrautir um allan heim standa einnig frammi fyrir áskorunum sem tengjast náttúruhamförum. Nýjar og endurbyggðar járnbrautir eru í auknum mæli hönnuð með breytt loftslag í huga: bætt framræsla, umhverfisvernd og endurheimt náttúrulegs landslags gegna hlutverki í að auka öryggi og áreiðanleika járnbrauta.

Á sama tíma hefur vitund um umhverfisspjöll af völdum flugferða þegar leitt til endurvakningar á lestarferðum á einni nóttu í Evrópu.

Hyperloop: lest framtíðarinnar. Eða ekki?

Talandi um lestir framtíðarinnar ættum við auðvitað að tala um Hyperloop tæknina. Að nota tómarúm til að ferðast á meira en 1000 km hraða á klukkustund - það er það sem við erum að tala um. Að mati margra mun það gjörbylta því hvernig við förum um. En það eru skynsamlegar efasemdir. Til að segja það einfaldlega, þetta er lest í túpu. Það virkar með því að útrýma tveimur þáttum sem hægja á farartækjum: lofti og núningi. Hyperloop kerfið samanstendur af tveimur meginþáttum: slöngum og hylkjum. Rörin eru nánast lofttæmd. Hylkin eru þrýstitæki sem hreyfast inni í slöngum. Hugmyndin er að nota varanlega segla á farartækið.

Eins og lestarvagnar ferðast fræbelgir líka í bílalestum. Á meðan lestarvagnar tengjast hver öðrum geta Hyperloop hylkin ferðast til mismunandi áfangastaða. Eins og þegar ekið er á þjóðveginum getur hver þeirra yfirgefið veginn og breytt um stefnu. Þeir geta sameinast súlunum eða yfirgefið þá eftir því í hvaða átt þeir stefna. Hyperloop flutningskerfi eru að fullu rafknúin. Auk mótoranna er sett af seglum notað til að ýta hylkjunum á hvern kílómetra. Nánast algjör skortur á loftmótstöðu og núningi þýðir að engin þörf er á varanlegu knúningskerfi. Þess vegna þarf minni orku.

Árið 2013 birti Elon Musk tækniskjal þar sem hann lýsti virkni tómarúmsröraflutningskerfis. Síðan þá hafa nokkur teymi um allan heim byrjað að vinna að þessari hreyfanleikahugmynd.

Hyperloop er enn mikil verkfræðiáskorun. Þó að það hafi reynst framkvæmanlegt á pappír, eru í reynd miklu fleiri áskoranir. Auk verulegs stofnkostnaðar mun pípuþétting krefjast verulegs viðhaldskostnaðar. Hyperloop brautir eru úr stáli sem þenst út og dregst saman eftir útihita. Þetta veldur lausum liðum. Þetta getur leitt til verulegs viðhaldskostnaðar. Annað atriði er landakaup. Auk þess þarf enn að átta sig á mörgum þáttum öryggisins - það getur verið mun hættulegra að ferðast ef bilanir verða. Svo mikill hraði getur valdið svima hjá farþegum sem munu einnig hafa takmarkað pláss til að hreyfa sig á meðan á ferð stendur.

Nokkrir hópar í Evrópu og heiminum vinna að Hyperloop forritum. Hins vegar eru áskoranirnar sem þarf að sigrast á - fjármögnun, öryggi og land - enn stórar hindranir fyrir uppsetningu Hyperloop. Þar til þau eru leyst verður hugmyndin um að ferðast í túpu áfram draumur.

Ályktanir

Áætlað er að árið 2050 muni farþega- og vöruflutningajárnbrautir mynda burðarás í samgöngukerfum okkar og langar leiðir milli fjölþættra miðstöðva verða hluti af staðbundnum netum. Með nauðsynlegum pólitískum og tæknilegum stuðningi mun járnbrautir einnig gegna auknu hlutverki í alþjóðlegum flutningum og bjóða upp á hágæða valkost í stað vegaflutninga og flugferða á stuttum leiðum.

Í fyrirsjáanlega framtíð munu fjárfestingar um allan heim enn að mestu byggjast á hefðbundnum stál-á-stáljárnbrautum. Það er engin ástæða til að efast um að það muni halda áfram að skilgreina framtíð járnbrautasamgangna næstu áratugi – rétt eins og það hefur gert í næstum 200 ár.

Jæja, þetta eru allar leiðir sem við getum einn daginn komist um án þess að skaða umhverfið. En í bili er framtíðin nú þegar komin: háhraðalest býður upp á hraðvirka, kolefnissnauðu leið til að ferðast á milli borga. Ef James Legge myndi ferðast til Peking í dag, þá þyrfti hann ekki skip, og hann myndi sannarlega ekki þurfa múl. Hann myndi bara fara í lestina.

Lestu líka:

• Hvernig farþegavélar framtíðarinnar munu líta út
• 6 loftskeytaflugskeyti (ICBM) sem geta bundið enda á heiminn