Hyperloop: Fremtiden for Højhastighedsbaner Tager Form

Railens Betydning

Vi måtte tænke på den moderne æra som domineret af forbrændingsmotoren, fly og, mere nylig, elektriske motorer. Men den industrielle æra blev bygget på ryggen af en anden teknologi: jernbaner.

Ved at skabe en lavomkostningsmåde at flytte varer indenland, jernbaner og tog øgede massivt produktiviteten.

Denne dag er hver industriel økonomi afhængig af tog til at opretholde sin produktion ud over kystområderne (der støttes af søhandel). Tog er særligt afgørende for at flytte råvarer og bulkindustrielle produkter som mineralmalm, stål, biler osv.

I nogle tilfælde kan det tage ekstreme former, som f.eks. den 704-kilometer lange jernbanelinje, der forbinder jernminecenteret i midten af Sahara i Mauretanien, med en 3-kilometer lang tog, der transporterer 200-300 godsvogne, der transporterer i alt 25.000+ tons materiale på én gang.

Kilde: CNN

En nøglefordel ved tog er, at de er langt den mest energibesparende transportmetode til at operere over land, hvilket er hvorfor de er den foretrukne mulighed for at flytte millioner af tons cargo.

Kilde: Boring Company – 2013 Hyperloop White Paper

Stadig vigtig for industrier, i de fleste lande, har tog taget en tilbagegang, når det kommer til persontransport. Tog er langsommere end fly, og mindre fleksible end biler og motorveje. Det betyder, at, ud over undergrundsbaner og nogle pendeltog i byområder, tog ofte ikke ses som en måde at transportere mennesker mellem byer.

De eksisterende konventionelle transportformer af mennesker består af fire unikke typer: jernbane, vej, vand og luft.

Disse transportformer har tendens til at være enten relativt langsom (f.eks. vej og vand), dyre (f.eks. luft) eller en kombination af relativt langsom og dyr (dvs. jernbane)

Elon Musk

Dette kan naturligvis variere, med Europa til en vis udstrækning, og Kina især, har investeret massivt i højhastighedsjernbanenettet.

Kilde: Reddit

Men den nuværende teknologi for højhastighedstog gør dem stadig 3 gange langsommere end de fleste flyrejser, hvilket gør det kun praktisk for højtrafikområder, relativt korte afstande og for passagerer, der er villige til at bruge mere tid på rejser.

En komplet omstrukturering af tog og jernbaner kunne ændre dette, først foreslået i sin nuværende form af Elon Musk i en white paper udgivet i 2013, hvilket gav det dets nuværende navn “Hyperloop”.

Ultra-Højhastigheds Udfordringer

Ved lav hastighed og op til 200-300 km/t (125-185 miles i timen), er det primære problem for tog at blive på sporene sikkert og komfortabelt nok. Dette er et problem, der er blevet løst over de sidste 100 år, og er nu en velkendt teknologi, selv om det kræver stat-of-the-art-fremstilling og vedligeholdelse for højhastighedstog.

Når man kører i en højere hastighed, begynder nogle andre problemer at udgøre problemer.

Jernbane Friktion og Maglev som Løsning

Det første problem er friktion med skinnerne. Dette er allerede et problem for “normale” højhastighedstog. Måden at løse det på er, at toget aldrig faktisk rører skinnerne, men i stedet svæver over dem.

Dette er principperne for maglev (magnetisk svæven) teknologi, med en række af magneter, der skyder toget op og frem.

Kilde: Department Of Energy

Dette er ikke en løsning uden udfordringer, da dette kræver superledende magneter, der skal køles ned til meget lave temperaturer.

Det gør det dyrt, men det er muligt. Der er flere kommercielle maglev-linjer i drift i dag, herunder Shanghai, Beijing S1 og Changsha i Kina, og Linimo i Japan. Sydkoreas Incheon Airport maglev er blevet lukket siden 2023.

Luftmodstandsbarrieren ved Ultra-Højhastigheder

Det andet problem er luftmodstand. Den stiger eksponentielt, når hastigheden øges, og tvinger højhastighedstog og maglev til at antage en profil, der er så aerodynamisk som muligt.

Et ekstra problem, der skyldes luftmodstand, er, at hvis et tog kan nå 1.000 km/t (620 mph), ville det forårsage en sonisk boom, hvilket er meget uønsket for både omgivende mennesker og bygninger og jernbanesystemet selv.

Dette er hvorfor den øvre grænse for højhastigheds-maglev-teknologi anses for at være i området på 600 km/t (372 mph), hvilket er målet for Kinas seneste maglev-design.

Til sidst, selv om en mere aerodynamisk profil kan hjælpe, vil luftmodstand altid begrænse hastigheden af konventionel jernbanetransport.

Dette er hvorfor, i kernen af Hyperloop-konceptet, ligger idéen om at gøre for luftmodstand, hvad maglev gjorde for jernbane-friktion: fjerne problemet.

Swipe for at rulle →

Hyperloops Initial Koncept

Idéen om Hyperloop er at placere et maglev-tog inde i en vakuum-rør, hvor luften er næsten helt fjernet.

Dette burde helt fjerne luftmodstanden, og tillade hastigheder på 1.000 km/t. Denne hastighed kunne tillade rejse fra Los Angeles til San Francisco på kun 30 minutter.

Endnu højere rejsehastigheder er teoretisk mulige med Hyperloop-lignende designs, med hastigheder så høje som 4.000 km/t (2.500 mph) diskuteres.

Nøglefordele

Det stærkeste argument for Hyperloop er, at det sandsynligvis ville blive brugt og betjent som et tog mere end et fly, på trods af sammenlignelige hastigheder.

Det ville betyde meget lettere begrænsninger på bagage, samt den besværlige sikkerhedstjek og boarding-procedure for lufthavne, der ofte tager lige så lang tid som rejsen selv, især for kort og medium-rækkevidde flyvninger.

Så selv om Hyperloops ikke er nær at konkurrere med Paris-Beijing-flyvninger i nær fremtid, kan de på kortere afstande give meget hurtigere rejse.

Det kombineres med muligheden for Hyperloop-stationer at blive bygget meget tættere på bycentre. Mens Hyperloop-tog/kapsler kan rejse i 1.000 km/t, kan de også køre langsommere. Så de reducerer også behovet for rejsende at pendle fra en fjern lufthavn til en metropol-center, og forbedrer således den samlede rejsetid.

Sikkerhed kunne være et andet argument. Det er endnu ikke set, hvordan sikkerheden af Hyperloop vil blive håndteret (se nedenfor), men det kunne vise sig at være meget sikrere end luftrejse.

Til sidst, her er det også meget usikkert, om omkostningerne ved infrastrukturen kan kompenseres af lavere driftsomkostninger end luftrejse. Muligheden for at bruge det lokale el-net eller solenergi ville også reducere de samlede CO2-udledninger fra disse rejser, og potentiale kunne have en stor indvirkning på den samlede billetpris i en fremtid med CO2-afgifter.

Kilde: Visionas

Tekniske Begrænsninger

Vakuum-ingeniør Udfordringer

Selv om Hyperloop-konceptet er simpelt i sine principper, er det ret komplekst at implementere i praksis. Der er en hel række af ingeniørarbejde at gøre, og spørgsmål om, hvilke materialer eller design til sidst at vælge.

Det største problem er oprettelsen og håndteringen af det påkrævede luft-vakuum. Den oprindelige white paper forestillede sig 0,015 psi (100 Pa), hvilket er omkring 1/6 af trykket på Mars eller 1/1000 af trykket på Jorden.

Effekten af industrielle vakuum-pumper aftager eksponentielt, når trykket reduceres, så yderligere fordele ved at reducere rørenttryk ville blive neutraliseret af øget pumpe-kompleksitet.

Sådanne niveauer af vakuum ville nødt til at håndteres sikkert, da ukontrolleret gen-trykning kunne forårsage en katastrofal ulykke.

Properne luftlåse og dokningssystemer til forbindelse til en normalt tryk-station vil også være nødvendige.

Energi Forsyning

Den lave-tryks-miljø vil kræve en konstant energiforsyning. Den oprindelige design forestillede sig en række solceller, der følger Hyperloop-røret, som, kombineret med batterier, ville give dets energi og gøre det “selvforsynende”.

Samlet set burde energiforbrug ikke være et større problem, når det sammenlignes med den tilsvarende alternative for disse hastigheder: fly.

Men dette kunne reducere det økonomiske tilfælde for Hyperloop, og det er sandsynligt, at den høje energiforbrug til at holde magneter superledende og røret i et vakuum ville gøre denne transportform meget dyrere end almindelige jernbanelinjer, selv uden at tage hensyn til omkostningerne ved infrastrukturen.

Materials Udfordringer i Nær-Vakuum-Miljøer

Et andet problem, der skyldes vakuum, er, at mange materialer begynder at opføre sig anderledes ved meget lav lufttryk.

Især traditionelle stål-forstærkninger i beton kan krølle eller sprække i nær-vakuum-forhold, og standard beton kan sammenfaldende, når den indre lufttryk nærmer sig nul.

Det er sandsynligt, at nye materialer vil være nødvendige, med nogle allerede under test (se nedenfor).

Vibration og Kørselskomfort Problemer

Et andet muligt fejlpoint, der afsløredes af de første tests af Hyperloop, er opståelsen af kraftige vibrationer efter 600 km/t-mærket.

Hvis ikke dette håndteres, ville disse vibrationer gøre passageroplevelsen fysisk utilgivelig, og sandsynligvis også skade Hyperloop-komponenterne ved regelmæssig brug.

Passager Sikkerhed og Nødsituationer

Når man bevæger sig i så høj hastighed, er en stor bekymring naturligvis sikkerhed. Enhver kollision i fuld hastighed ville være øjeblikkeligt dødelig for alle passagerer, og sandsynligvis også for mennesker omkring ulykkesstedet.

Dette vil sandsynligvis tvinge Hyperloop til at blive bygget enten under jorden eller højt nok over jorden til at være beskyttet mod trafikulykker, krydsninger osv.

Sporstien vil også nødt til at være næsten perfekt lige og niveau, da sving i disse hastigheder vil være meget svært. Dette kunne begrænse implementeringen af denne idé i bjergområder.

Ligesom jordskælv eller andre naturkatastrofer vil nødt til at blive opdaget i tide for Hyperloop-køretøjer i transit til at nedbringe hurtigt.

En anden bekymring er, hvordan man håndterer enhver nødsituation om bord. Sandsynligvis, ligesom med fly, vil en hurtig tur til den nærmeste station være nødvendig for at give det nødvendige medicinske hjælp.

Hvis et køretøj ender med at blive strandet eller fast på midten, vil en hurtig gen-trykningssystem og regelmæssig evakuering af passagerer også nødt til at blive inkorporeret i spor-designet.

Initial Tests

Idéen samlede straks en kult-lignende følgeskare, takket være Elon Musks popularitet, og har haft flere falske start siden.

Døden af konceptet, allerede erklæret flere gange, synes at være blevet erklæret for tidligt. Faktisk er mange af de mere seriøse initiativer nu under udvikling, med de største tekniske begrænsninger langsomt løst.

Dette efterlader det åbne spørgsmål om Hyperloops økonomiske levedygtighed, noget der endnu ikke er set med rigtige brugs eksempler. Men når det direkte konkurrerer med lufthavne og flyselskaber, kan det have en mere lovende fremtid, end det på første hånd kan synes, når det kan misforstås som bare “et hurtigt tog”.

Hyperloops Fremtid

Økonomisk Levedygtighed

Når man tager i betragtning, hvor usikkert den endelige design af Hyperloop-systemerne er, samt den faktiske ydelse og vedligeholdelseskrav, er det svært at bestemme deres potentielle økonomiske levedygtighed. Nogle elementer kan allerede diskuteres:

• Hyperloop-systemer vil nødt til at blive installeret på ruter, der matcher nogle nøglekrav:
  • Punkt-til-punkt-transport, med ikke mange stop undervejs, eller slet ikke.
  • Tung trafikbelastning, for at sikre maksimal udnyttelse af den dyre infrastruktur, der skal bygges.
  • Relativ lige linje mellem stationer, både i højde og overordnet retning.

Derudover vil Hyperloop-spor ikke være kompatible med eksisterende jernbaner, og kræver, at Hyperloop-stationerne er nær nok til vigtige interessenter (centrum, lufthavne, havne osv.) eller nær andre højhastighedsjernbanestationer.

Disse begrænsninger, kombineret med den avancerede teknologi, der kræves, og infrastrukturen, der er endnu mere kompleks end en almindelig højhastighedsjernbane, kan sætte en grænse for, hvilke ruter der kan være profitable.

Sandsynligvis vil kun by-til-by-trafik, der i forvejen betjenes af flyselskaber i stor målestok, kan retfærdiggøre Hyperloops.

Paradoxsalt kan den mere dyre og komplekse Hyperloop have mere lovende økonomiske perspektiver end simple maglev-linjer, der falder i en ubehagelig position mellem at være for langsom til at konkurrere med fly på lange ruter, men for dyre til at konkurrere med traditionel højhastighedsjernbane, et problem der hidtil har begrænset deres udbredelse.

Som et elektrisk drevet system vil Hyperloop-omkostninger også være knyttet til el-priser. Det vil være lettere at decarbonisere end luftrejse, potentiale kunne give det en rabat i forhold til CO2-afgifter.

Potentiel Hyperloop Sites

På grund af det økonomiske krav om at skulle erstatte ikke bil- og tog-trafik, men mere dyre flyrejser, er Hyperloop sandsynligvis først blevet implementeret i områder, der er både lette at bygge og tæt befolket, eller i hvert fald mellem store bycentre, der er rimeligt nær hinanden. Blandt de potentielle regioner, der matcher disse kriterier, kan nævnes:

• USAs vest- og østkyst.
• Den nordvestlige europæiske slette (fra Frankrig / Holland til Polen)
• Den vestlige del af Rusland, især St. Petersborg-Moskva-Kazan-aksen.
• Kinas østkyst.
• Indiens hovedbebyggelser
• Mellemøsten, især Kuwait-Qatar-UAE-Dubai-linjen.
• Brasiliens kyst.

En dag kan Hyperloop-konceptet måske endda blive udviklet på Månen. Paradoxsalt vil rummet være en lettere sted at bygge Hyperloops end på Jorden, især i lufttomme steder som Månen, hvor et vakuum ikke behøver at blive skabt på første hånd, men eksisterer allerede.

Hvilke Teknologier Kan Hjælpe Hyperloops?

Selvfølgelig vil mere forskning, prototyper og investeringer være nøglen til at se et Hyperloop-system i virkeligheden.

Uafhængig fremgang i relaterede teknologier kunne også gøre Hyperloop meget mere levedygtig.

En mulighed er bedre superledende materialer, især høj-temperatur (eller ideelt rum-temperatur) superledere. Ved at reducere kompleksiteten af de superledende magnetsystemer ville de gøre maglev meget billigere, lettere at vedligeholde og mindre energikrævende at operere.

Bedre tunnel-teknologi ville også hjælpe, da Hyperloop enten vil være fuldstændigt begravet eller kræve endnu flere tunneller end traditionel højhastighedsjernbane, på grund af dens evne til at svinge i skarpe vinkler.

Som illustreret af brugen af AI til at reducere vibration, kunne kunstig intelligens også bidrage betydeligt på mange måder: udvikle bedre materialer, selv kørende tog, prædictivt vedligehold, connectivity, automatiseret togkontrol og digital signalering, og realtidsopdateringer.

Investering I Tog-relateret Teknologi

Trods at det samler mindre opmærksomhed end luftfart eller el-biler, er højhastighedsjernbaner, maglev og måske i fremtiden Hyperloop, i frontlinjen for at revolutionere menneskers transportmidler og økonomi.

Kina har ført an så langt, men resten af verden tager også notits og ser på at udvide sin jernbanekapacitet kraftigt.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge tog-relaterede selskaber, kan du også se på ETF’er som SmartETFs Smart Transportation & Technology ETF (MOTO), iShares US Transportation ETF (IYT), eller SPDR S&P Transportation ETF (XTN), som vil give mere diversificeret eksponering for at udnytte det strategisk vigtige transport- og jernbane-industri.

Konklusion

Hyperloop har været intensivt diskuteret, siden Elon Musk fremmet idéen i 2013, og har haft flere falske start siden.

Døden af konceptet, allerede erklæret flere gange, synes at være blevet erklæret for tidligt. Faktisk er mange af de mere seriøse initiativer nu under udvikling, med de største tekniske begrænsninger langsomt løst.

Dette efterlader det åbne spørgsmål om Hyperloops økonomiske levedygtighed, noget der endnu ikke er set med rigtige brugs eksempler. Men når det direkte konkurrerer med lufthavne og flyselskaber, kan det have en mere lovende fremtid, end det på første hånd kan synes, når det kan misforstås som bare “et hurtigt tog”.

Leder I Superledning Løsninger

American Superconductor Corporation

AMSC er et selskab, der leverer energiløsninger til el-nettet, skibe og vindenergi. Generelt set, jo mere energikrævende eller massivt et system er, desto mere kræver det superledende teknologi for at undgå overophedning.

Trods sit navn leverer AMSC ikke kun superleder-systemer, men også f.eks. gear-drev for vindmøller, og kunne være en vigtig partner for hjemlige maglev-komponenter.

Selskabet rider på flere vækst-drivere, fra trenden om elektrificering og digitalisering (herunder AI-datacentre), men også om genetablering af amerikanske produktionskapaciteter og behovet for flåder i den engelsktalende verden til at modernisere sig som svar på voksende geopolitiske risici.

Kilde: American Superconductor Corporation

I strømforsynings-segmentet har AMSC set en stabil stigning i ordrer. Dette blev drevet af halvleder-fabrikker, der søger beskyttelse mod el-net-fluktuationer, hjælper el-nettet med at håndtere den variable natur af fornybare energikilder, og strømforsyning og -kontrol på industrielle steder.

I vindmølle-segmentet er AMSC primært aktiv med Electrical Control System (ECS). Historisk set var ECS et stærkt segment for selskabet med 2MW-vindmøller, men det er gradvist faldet. AMSC sigter mod en genrejsning takket være den nye 3MW-vindmølle-design, med speciel fokus på det indiske marked.

Kilde: American Superconductor Corporation

Til militære skibe leverer AMSC “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure”, et system til at ændre det magnetiske signatur af skibene for at beskytte dem mod søminer. Dette sælges til USA, Canada og Storbritannien, med 75 millioner dollars værd af ordrer hidtil.

Samlet set gør AMSC bedst ved at udnytte superleder-teknologi i niche-anvendelser, der er levedygtige i dag, mens det også er parat til at udnytte yderligere fremgang i fremtiden. Det skal også noteres af investorer, at aktien har oplevet ekstrem volatilitet i fortiden, og de skal beregne risikoen derefter.

Investering I Transport

Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

Siemens er et stærkt selskab i den industrielle sektor, med aktivitet i elektronik, tung industri, infrastruktur, mobilitet og sundhedspleje.

Kilde: Siemens

Selskabets aktiviteter i IoT er spredt over flere segmenter, herunder automation (62% af det samlede digitale industrier) og smart infrastruktur.

Sundhedsaktiviteten fokuserer mere på billedanalyse, analyse og robotteknologi, mens mobilitets-segmentet primært handler om tog- og jernbane-infrastruktur.

Selskabet ser en stor mulighed i automation fra den globale nedgang i befolkningen og “glocalisering” (eller “genetablering” af industrielle kapaciteter tættere på de endelige markeder).

Den øgede tilstedeværelse af fornybare energikilder i el-nettet øger også behovet for et “smart grid”, der kan håndtere disse mere variable og variable energikilder.

I den niche, hvor det er aktivt, er Siemens en meget stærk konkurrent, der rangerer #1 for fabriksautomation, jernbane-automation, grid-automation og vertikal industri-software (herunder 1.300 cybersecurity-eksperter).

Kilde: Siemens

Siemens er et aktie, der er positioneret til at drage fordel af elektrificering, genetablering, IoT, automation, jernbaner og den øgede niveau af teknologi i industrielle processer overordnet.

Som en leder i jernbane-udstyr-fremstilling vil det direkte drage fordel af investeringer i sektoren, samt indirekte af genetablerings-trenden.

Takket være sin brede vifte af teknologi vil det være i frontlinjen for at bygge smarte jernbaner, udnyttende sin erfaring i automation og IoT fra andre allerede mere digitaliserede industrier.