Hvordan vil fremtidens persontog se ut?

Da den skotske kinesiske lærde James Legge dro fra Shanghai til Beijing våren 1873, tok reisen ham to uker. Først kom han til Tianjin med båt, og deretter med muldyr til den kinesiske hovedstaden. I dag tar den samme reisen på 1200 km drøye fire timer med høyhastighetstog. Flyturen mellom de to byene tar to timer og 20 minutter. Når det gjelder Europa, er det høyhastighets Frecciarossa-tog fra Milano til Roma, som kan nå målet på mindre enn tre timer, og fra Tokyo til Osaka - høyhastighets Shinkansen-tog - to og en halv time.

Folk har aldri reist så raskt og enkelt som de gjør i dag. Men denne bekvemmeligheten har en pris: Transport står for 20 % av de globale karbondioksidutslippene, og i løpet av de siste tre tiårene har hastigheten på karbondioksidutslipp fra transport økt raskere enn fra noen annen kilde. Dette gjelder spesielt lufttransport, utslipp som vokste raskere enn fra jernbane- eller veitransport. I den forbindelse oppstår spørsmålet: er det mulig å reise i høye hastigheter uten å drepe planeten? Og i så fall, hvordan?

Raskere, renere, grønnere og utstyrt med avansert teknologi, er jernbane den eneste transportformen som i dag har alle muligheter til å bli grunnlaget for å møte våre fremtidige mobilitetsbehov. Med 200-årsjubileet for den første passasjerjernbanen som nærmer seg i 2025, er tog viktigere enn noen gang for å sikre bærekraftig mobilitet i en verden som står overfor utfordringene med klimaendringer, økende urbanisering og befolkningsvekst. Verdens urbane befolkning vokser med en hastighet på to mennesker per sekund, og skaper 172800 90 nye byboere hver dag. Mens befolkningen synker i noen regioner i verden, som Europa og Japan, forventes XNUMX % av befolkningsveksten å skje i byer og megabyer i utviklingsland.

For at disse raskt voksende byene, regionene og metropolene skal flytte, er effektiv kollektivtransport ikke bare ønskelig, men nødvendig.

Hvor raske kan høyhastighetstog være?

Slanke nye "høyhastighetstog" treffer ofte overskriftene ettersom nettverket av linjer i Europa og Asia fortsetter å vokse, med nye linjer planlagt eller allerede under bygging i land som Frankrike, Tyskland, Spania, India, Japan og på en mye større skala, i Kina, hvor høyhastighetsnettverket vil nå 2025 50000 km innen XNUMX.

Når den kontroversielle High Speed ​​​​2030 (HS2)-linjen står ferdig tidlig på 2-tallet på grunn av budsjettoverskridelser og sårbare landskap, vil England ha verdens raskeste vanlige tog, som normalt kjører i 362 km/t, men kan utvikle en hastighet på opp til 400 km/t.

Ved å kombinere japansk høyhastighetstogteknologi med britisk design, vil HS2-flåten på 2,5 milliarder dollar revolusjonere langdistansereiser mellom London og det engelske midtlandet og nordlige byer. Overføringen av langdistansetjenester til HS2 vil også frigjøre sårt tiltrengt kapasitet på eksisterende jernbaner for å frakte flere lokale passasjerer og gods.

Etter flere tiår med drift har imidlertid land som Frankrike, Japan og Kina konkludert med at fordelene ved å kjøre høyhastighetstog i hastigheter over 320 km/t oppveier de betydelig høyere vedlikeholds- og energikostnadene de har. Nå er de anerkjente lederne av høyhastighetstog i Japan og Kina ikke begrenset til «stål på stål»-teknologien, men utvikler tog som er i stand til å utvikle hastigheter på opptil 600 km/t.

Konseptet med høyhastighetstog som kjører på spesielle spor ved bruk av magnetisk levitasjon (maglev) har blitt utpekt som "fremtiden for reise" i mer enn 50 år, men bortsett fra noen få eksperimentelle linjer og en kinesisk rute som forbinder Shanghai sentrum med flyplassen , det har forblitt sånn for det meste teoretisk.

Men ikke lenge. Japan investerer 72 milliarder dollar i Chuo Shinkansen-prosjektet, som vil være kulminasjonen av mer enn 40 år med maglev-utvikling. Den 286 kilometer lange linjen vil forbinde Tokyo og Naga på bare 40 minutter og skal etter hvert strekke seg til Osaka, og redusere den 500 kilometer lange reisen fra hovedstaden til 67 minutter. Byggingen startet i 2014 og var opprinnelig forventet å være ferdig innen 2027 (med Nagoya-Osaka-linjen som åpnet ti år senere), men problemer med å få tillatelse til en del av linjen gjør at åpningsdatoen foreløpig er ukjent. Forsinkelser og store kostnadsoverskridelser har fått mange til å stille spørsmål ved den økonomiske verdien av prosjektet.

Slike vanskeligheter vil neppe oppstå i Kina, som også bygger magnetiske transportlinjer som et alternativ til kortreiste flyreiser og for å gi lynraske reiser gjennom sine tettbefolkede byområder. Kina planlegger å lage "tre-timers trafikksirkler" rundt sine store byer, og gjøre klynger av byer til økonomiske kraftsenter.

Mer enn 120 millioner mennesker bor allerede sør i verdens mest folkerike land, Pearl River Delta-regionen som omfatter Hong Kong, Guangzhou og Shenzhen. Kinesiske planleggere håper å slå sammen ni byer i regionen for å skape et urbant tettsted på 26000 XNUMX kvadratkilometer. Magnetiske puteruter er tenkt for rutene Shanghai-Hangzhou og Chengdu-Chongqing, så vel som mange andre, hvis de viser seg vellykkede.

I andre land i verden kan enorme kostnader og mangel på integrasjon med eksisterende jernbaner bli et hinder for videre spredning av maglev-teknologi. Allerede som sliter med overbelastning og forurensning i sine tett befolkede byer, åpnet Kina 2021 nye T-banelinjer på til sammen 29 km bare i desember 582. Mange andre land med byer i vekst må snart følge etter hvis de ikke vil bli overveldet.

Men for å møte disse forventningene, må jernbaneindustrien bevege seg raskt i flere retninger for å levere betydelig større kapasitet, større effektivitet, pålitelighet og rimelighet.

Ubemannede tog

Automatisert trafikk har eksistert i flere tiår – London Undergrounds Victoria-linje har blitt delvis drevet på denne måten siden den åpnet i 1967 – men er vanligvis begrenset til autonome linjer med identiske tog som kjører med faste intervaller.

De siste årene har Kina ledet an innen førerløse jernbaner, særlig ved å introdusere verdens eneste høyhastighets autonome tog som kjører med hastigheter på opptil 300 km/t mellom Beijing og vinter-OL i 2022. Japan eksperimenterer også med "kuletog" som kan reise autonomt fra terminaler til depoter for vedlikehold, og frigjør sjåfører til å betjene mer lønnsomme tog.

Å kjøre førerløse tog på autonome linjer er imidlertid én ting. Å sikre sikker drift på tradisjonelle jernbaner med blandet bruk, hvor passasjer- og godstog med svært forskjellige egenskaper, hastigheter og vekter er blandet, er mye vanskeligere.

Big data og det såkalte Internet of Things vil tillate transportmåter å samhandle med hverandre og med miljøet, og baner vei for mer integrerte, intermodale reiser. Intelligente roboter vil spille en større rolle i inspeksjon av infrastruktur som tunneler og broer, samt i effektivt vedlikehold av aldrende strukturer.

Påvirkning på miljøet

Til tross for sin beviste miljøvennlighet sammenlignet med luftfart, har jernbaner fortsatt en lang vei å gå for å redusere sine egne karbonutslipp og forurensning fra dieselmotorer. I tråd med FNs klimamål har mange land forpliktet seg til å fase ut dieseltog innen 2050 eller enda tidligere.

I Europa og mange deler av Asia er de fleste av de travleste linjene allerede elektrifisert, men situasjonen varierer fra nesten 100 % elektrifisering i Sveits til mindre enn 50 % i Storbritannia og nesten null i enkelte utviklingsland. Nord-Amerika er dominert av diesel – spesielt på de dominerende godsjernbanene – og det er ikke den samme appetitten på elektrifisering som i Europa og Asia.

Batteriteknologi ser ut til å spille en viktig rolle for å komme bort fra «skitne dieseler» både for tungtransport og stille passasjerruter der full elektrifisering ikke kan forsvares. Tallrike batteridrevne prototyper blir for tiden testet eller under utvikling, og etter hvert som teknologien skrider frem, bør jernbanens avhengighet av diesel begynne å avta før slutten av dette tiåret.

For andre er hydrogen et stort håp for avkarbonisering av jernbanetransport. Grønt hydrogen laget i spesielle anlegg som bruker fornybare kilder til elektrisitet kan brukes til å drive brenselceller som driver elektriske motorer.

Den franske togprodusenten Alstom leder an med sitt Coradia iLint hydrogenelektriske tog, som fraktet sine første passasjerer i 2018, og banet vei for produksjonsversjoner som nå er under bygging for flere europeiske land.

Jernbaner rundt om i verden står også overfor utfordringer knyttet til naturkatastrofer. Nye og rekonstruerte jernbaner blir i økende grad utformet med tanke på et skiftende klima: forbedret drenering, miljøvern og restaurering av naturlandskap spiller en rolle for å øke sikkerheten og påliteligheten til jernbaner.

I mellomtiden har bevisstheten om miljøskadene forårsaket av flyreiser allerede ført til en gjenoppliving av togreiser over natten i Europa.

Hyperloop: fremtidens tog. Eller ikke?

Når vi snakker om fremtidens tog, bør vi selvfølgelig snakke om Hyperloop-teknologien. Å bruke et vakuum til å reise med en hastighet på over 1000 km i timen - det er det vi snakker om. Ifølge mange vil det revolusjonere måten vi beveger oss på. Men det er rimelig tvil. For å si det enkelt, dette er et tog i et rør. Det fungerer ved å eliminere to faktorer som bremser kjøretøy: luft og friksjon. Hyperloop-systemet består av to hovedelementer: rør og kapsler. Rørene er nesten vakuum. Kapsler er trykksatte kjøretøyer som beveger seg inne i rør. Tanken er å bruke permanente magneter på kjøretøyet.

I likhet med jernbanevogner reiser også pods i konvoier. Mens togvogner kobles til hverandre, kan Hyperloop-kapsler reise til forskjellige destinasjoner. Som når du kjører på motorveien, kan hver av dem forlate veien og endre bevegelsesretningen. De kan slutte seg til kolonnene eller forlate dem avhengig av retningen de er på vei. Hyperloop transportsystemer er helt elektriske. I tillegg til motorene brukes et sett med magneter for å skyve kapslene hver kilometer. Det nesten fullstendige fraværet av luftmotstand og friksjon gjør at det ikke er behov for et permanent fremdriftssystem. Derfor kreves det mindre energi.

I 2013 publiserte Elon Musk et teknisk dokument der han beskrev funksjonen til et vakuumrørtransportsystem. Siden den gang har flere team rundt om i verden begynt å jobbe med dette mobilitetskonseptet.

Hyperloop er fortsatt en stor ingeniørutfordring. Selv om det har vist seg gjennomførbart på papiret, er det i praksis mange flere utfordringer. I tillegg til de betydelige oppstartskostnadene vil rørtetting kreve betydelige vedlikeholdskostnader. Hyperloop-baner er laget av stål, som utvider seg og trekker seg sammen avhengig av utetemperaturen. Dette resulterer i løse ledd. Dette kan føre til betydelige vedlikeholdskostnader. Et annet poeng er erverv av tomt. I tillegg er det fortsatt mange aspekter ved sikkerhet som gjenstår – det kan være mye farligere å reise hvis det er feil. En så høy hastighet kan forårsake svimmelhet for passasjerene som også vil ha begrenset plass å bevege seg på under reisen.

Flere grupper i Europa og verden jobber med Hyperloop-applikasjoner. Utfordringene å overvinne – finansiering, sikkerhet og land – er imidlertid fortsatt store hindringer for Hyperloop-distribusjon. Inntil de er løst, vil ideen om å reise i et rør forbli en drøm.

Konklusjoner

Det er anslått at innen 2050 vil person- og godsjernbane utgjøre ryggraden i våre transportnettverk, og langdistanseruter mellom multimodale knutepunkter vil være en del av lokale nettverk. Med nødvendig politisk og teknisk støtte vil jernbanen også spille en økende rolle i internasjonal transport, og gi et høykvalitetsalternativ til veitransport og kortdistansefly.

I overskuelig fremtid vil investeringer rundt om i verden fortsatt i stor grad være basert på tradisjonelle stål-på-stål-jernbaner. Det er ingen grunn til å tvile på at den vil fortsette å definere fremtiden for jernbanetransport i flere tiår fremover – akkurat som den har gjort i nesten 200 år.

Vel, dette er alle måter vi en dag kan komme oss rundt uten å skade miljøet. Men for nå er fremtiden allerede her: høyhastighetstog tilbyr en rask, lavkarbon måte å reise mellom byer på. Hvis James Legge skulle reise til Beijing i dag, ville han ikke trenge et skip, og han ville absolutt ikke trenge et muldyr. Han ville bare sette seg på toget.

Les også:

• Hvordan fremtidens passasjerfly vil se ut
• 6 interkontinentale ballistiske missiler (ICBM) som kan ende verden