Maglev, Hyperloop og fremtiden for tog

Vigtigheden af tog

Industriel rolle

Jernbaner og tog spillede en central rolle i industrialiseringen. Billigere godstransport ind i landet øgede produktiviteten og forbandt markeder. Senere fik biler, lastbiler og fly større opmærksomhed, men de erstattede ikke jernbanens betydning.

Mange industrilande er fortsat afhængige af jernbaner til transport mellem havne, fabrikker og indlandsområder. Tog er særligt velegnede til store mængder råvarer og industriprodukter som stål og biler.

Et markant eksempel er jernbanen på omkring 704 km (437 miles) mellem jernmineområdet og kysten i Mauretanien, hvor godstog kan være omkring 3 km lange. Artiklen beskriver tog med 200–300 vogne og en samlet last på over 25.000 ton; sammensætning og last varierer.

Kilde: Tourifique

Jernbaner kan også være vigtige for militær logistik. Krigen i Ukraine har illustreret deres rolle i transporten af materiel og ammunition, selv om behov og transportformer varierer mellem landes væbnede styrker.

Højhastighedsrejser

Moderne tog bruges ikke kun til tung godstransport. Højhastighedstog kan også konkurrere med biler og fly på udvalgte passagerstrækninger.

Kina havde ved udgangen af 2023 verdens længste højhastighedsnet med omkring 45.000 km (28.000 miles), omtrent to tredjedele af verdens samlede højhastighedsnet efter den anvendte opgørelse. Det er netlængde, ikke nødvendigvis den højeste geografiske tæthed.

Højhastighedstog forbinder byer med hastigheder, som afhænger af bane og materiel. Artiklen angiver intervallet 200–380 km/t (120–240 miles/t), men den øvre værdi er ikke en generel normal driftshastighed.

Geografiske forskelle

Udbygning af jernbaner afhænger i høj grad af offentlig politik og investeringsbeslutninger. Flere forhold spiller ind:

• Jernbaneinfrastruktur har ofte karakter af et naturligt monopol og er mange steder offentligt ejet eller reguleret, mens operatørernes ejerformer varierer.
• Nye baner kræver tilladelser og adgang til jord, nogle gange gennem ekspropriation efter gældende regler.
• Store anlægsinvesteringer skal ofte tilbagebetales over årtier, hvilket kan gøre offentlig finansiering eller langsigtede aftaler nødvendige.
• Banernes placering påvirker byudvikling, økonomi og befolkningsmønstre og er derfor også et politisk spørgsmål.

Central koordinering kan gøre store projekter lettere at gennemføre. Jernbanens succes afhænger dog også af befolkningstæthed, rejsebehov, finansiering og servicekvalitet; den følger ikke automatisk graden af politisk centralisering.

Kina

Kinas jernbanenet omfattede omkring 159.000 km ved udgangen af 2023, heraf 45.000 km højhastighedsbane. De resterende cirka 114.000 km betjente blandt andet lokale forbindelser, industri og godstransport.

Kilde: Reddit

Den omtalte plan sigter mod omkring 200.000 km (124.274 miles) jernbane i 2035, heraf cirka 70.000 km højhastighedsbane. Det er et fremtidigt mål, ikke allerede anlagte strækninger.

Alle byer med en befolkning på over 200.000 vil blive dækket af jernbanenetværket inden 2035, og de med en befolkning på mere end 500.000 vil blive forbundet til højhastighedsspor, ifølge den seneste plan.

Kina vil også fremme jernbanebyggelse i områder domineret af etniske minoriteter, såvel som grænseområder og underudviklede regioner i det centrale og vestlige Kina, for at hjælpe med at lindre fattigdom og revitalisere landet, sagde virksomheden.

Kilde: Reuters / det statsejede China State Railway Group

Jernbaner har også stor betydning i andre dele af Asien. Artiklen angiver eksempelvis 132.310 km spor i Indien. Samlet sporlængde, som kan tælle parallelle spor, skal skelnes fra rutelængde, og ikke alle strækninger har samme hastighed.

Europa

Europa har også omfattende jernbaner. Artiklen angiver 202.131 km net og 11.666 km højhastighedsbane, hovedsageligt i Vesteuropa. Disse historiske opgørelser afhænger af år, geografisk afgrænsning og definitionen af højhastighedsbane.

EU har som mål at tredoble højhastighedstrafikken med tog frem mod 2050 som led i en mere bæredygtig transportpolitik. Trafikmålet er ikke det samme som at tredoble selve banernes længde.

Kilde: Wikipedia

Grænseoverskridende jernbanetrafik kan være vanskeliggjort af forskellige strømforsynings- og signalsystemer samt sporvidder. Spanien og Portugal har både iberisk bredspor og andre systemer, mens Finland og de baltiske lande har bredsporede net og udvikler forbindelser med europæisk standardspor. Artiklen angiver, at omkring 70％ af godstrafikken over de schweiziske alper går med tog; andelen afhænger af år og den anvendte transportopgørelse.

Kilde: Wikipedia

Nordamerika

I Nordamerika, især USA, er intercity-passagertog mindre udbredte end i nogle europæiske og asiatiske lande. Amtrak deler mange strækninger med godstog, men har også hurtigere passagerforbindelser på udvalgte ruter.

USA har et af verdens største jernbanenet, især til gods. Artiklen angiver omkring 260.000 km (160.000 miles), men netlængde og samlet sporlængde varierer mellem opgørelser. Jernbanen var vigtig for landets udvikling, herunder den første transkontinentale jernbane, som forbandt indlandet med kystområderne.

Fra damp til elektricitet

De tidlige damplokomotiver byggede på dampmaskinens udvikling og brugte blandt andet kul. De var ikke de allerførste dampmaskiner. Jernbanerne udvidede mulighederne for landtransport, som tidligere især byggede på dyr, veje og vandveje. Senere blev dieseltraktion udbredt.

Elektrificering gjorde det muligt at hente energi fra elnettet frem for at medbringe brændstof. Det kan øge energieffektiviteten, men den samlede klimaeffekt afhænger blandt andet af elproduktionen.

Kilde: Mesas Stamps

Elektriske tog kan bruge strøm fra fossile kraftværker, atomkraft og vedvarende energikilder. Atomkraft og vedvarende energi er ikke fossile brændsler. En mindre fossil elproduktion kan reducere togenes udledning yderligere.

Den citerede britiske sammenligning angiver omkring 28–35 g CO₂-ækvivalenter pr. passagerkilometer for forskellige kollektive skinnebaserede transportformer, 47 g for elbiler og 170 g for benzin- og dieselbiler. Tallene er historiske gennemsnit under bestemte antagelser, ikke faste værdier for enhver rejse eller belægningsgrad.

Kilde: Our World In Data

Fremtiden for tog

Maglevtog

Jernbanetransport udvikler sig fortsat gennem elektrificering, automatisering og nye teknologier.

En særlig teknologi er maglev, hvor magnetiske kræfter får toget til at svæve over føringsbanen. Lavhastighedsmaglev kom i kommerciel drift i Birmingham i 1984. Shanghais højhastighedsforbindelse åbnede i 2004; det var derfor ikke starten på al kommerciel maglevdrift.

Den manglende kontakt mellem hjul og skinne kan give flere fordele, men også tekniske og økonomiske udfordringer:

• Mindre mekanisk kontakt kan reducere friktion og slid. Det samlede energiforbrug afhænger også af svævning, fremdrift og luftmodstand.
• Fraværet af almindelig hjul-skinne-kontakt kan understøtte høj hastighed, men eliminerer ikke varmeudvikling eller andre energitab.
• Hastigheden begrænses blandt andet af luftmodstand, fremdrift, banens geometri, komfort og sikkerhed.
• Magnetisk svævning kan give en jævn kørsel med færre kontaktbetingede vibrationer; komforten afhænger stadig af det samlede design.

Maglev bruger magnetiske kræfter til svævning og styring, men ikke alle systemer bruger superledende magneter. Nogle anvender almindelige elektromagneter. Superledende systemer kan kræve kryogen køling; temperaturer omkring −267 ℃/−450 ℉ er relevante for visse designs, ikke et generelt krav til alle maglevtog.

Kilde: USA’s energiministerium

Maglevs føringsbane og styringssystem kan bidrage til sikker drift. Det er dog ikke korrekt, at alle tog nødvendigvis bevæger sig med samme hastighed, eller at kollisioner er fysisk umulige. Sikkerheden afhænger af blandt andet togkontrol, afstandsholdelse, bremser og fejlsikring.

Magnetisk styring kan modvirke afvigelser fra den normale position. Det gør ikke afsporing, kontakt med banen eller andre ulykker umulige under alle fejl- og driftsforhold.

Den citerede markedsanalyse vurderer maglevmarkedet til 2,17 mia. dollar i 2023 og forventer 3,13 mia. dollar i 2031, svarende til omkring 4,7％ årlig vækst. Det er en prognose, ikke en sikker udvikling.

Ubegrænset hastighed?

JR Centrals japanske L0-superledende maglev nåede 603 km/t (375 miles/t) i en bemandet test i 2015. Det er en testrekord og ikke en almindelig driftshastighed.

Luftmodstanden vokser ved højere hastighed og gør yderligere acceleration energikrævende. Rekorden på 603 km/t er dog ikke en fast fysisk øvre grænse for maglev.

Ved hastigheder over lydens hastighed, omkring 1.235 km/t (767 miles/t) under bestemte luftforhold, opstår stødbølger. Lydhastigheden varierer blandt andet med temperaturen. Supersonisk drift nær jorden ville skabe betydelige problemer med støj, belastninger og sikkerhed.

Masseadoption?

Maglev er stadig relativt sjælden. De fleste højhastighedsbaner anvender konventionelle tog med stålhjul og skinner.

Hastigheder på 400–600 km/t kan gøre maglev konkurrencedygtig med fly på udvalgte ruter, især når transport til lufthavn, sikkerhedskontrol og boarding medregnes. Det betyder ikke, at teknologien kan fjerne behovet for næsten al regional flytrafik.

En lavere fossilandel i elnettet kan forbedre klimaeffekten. Anlægsudledning, energiforbrug, passagertal og hvilken transport der erstattes, har også betydning.

Tætbefolkede byregioner kan være relevante at undersøge, eksempelvis ved USA’s kyster, i Nordindien, på Java og i Vesteuropa. Befolkningstæthed alene afgør dog ikke, om en bane er økonomisk eller praktisk hensigtsmæssig.

Kilde: Pinterest

Hyperloop

Kan tog køre hurtigere, hvis luftmodstanden reduceres kraftigt? Det er en af ideerne bag hyperloop.

Hyperloop bygger på transport i rør med lavt lufttryk, som mindsker luftmodstanden. Elon Musk populariserede konceptet i et oplæg fra 2013 med et forslag om en tur mellem Los Angeles og San Francisco på omkring 30 minutter. Oplægget var et koncept, ikke en færdig eller godkendt transportforbindelse.

Kilde: The Verge

Flere designs kombinerer magnetisk svævning med et rør under lavt tryk. Mindre luftmodstand kan muliggøre høj hastighed, men modstanden forsvinder ikke fuldstændigt, og der er fortsat store krav til energi, føringsbane og sikkerhed.

Konceptet tiltrak flere udviklere, blandt andre Hyperloop One, tidligere Virgin Hyperloop. Selskabet lukkede i 2023 efter finansielle problemer.

Lukningen var et tilbageslag, men andre initiativer fortsatte. Det beviser hverken, at konceptet er umuligt, eller at kommerciel drift er nært forestående.

Hyperloop‑prototyper

Nederlandske Hardt Hyperloop testede i september 2024 et køretøj over de første 90 meter af en 420 meter lang testfacilitet ved knap 30 km/t. Faciliteten havde separat demonstreret et tryk på 1 millibar. Det var tidlige delprøver, ikke en demonstration af højhastighedstransport over lange afstande.

Artiklen nævner også initiativer hos Musks Boring Company og HyperloopTT. Sidstnævnte har internationale aktiviteter og projekter i Italien; det bør ikke uden videre betegnes som et italiensk selskab.

I Kina blev der i 2024 rapporteret om en test af et maglevsystem i et cirka 2 km langt rør med lavt lufttryk i Shanxi. Projektet er knyttet til China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC).

Det beskrevne udviklingsmål er 1.000 km/t (621 miles/t), ikke en hastighed demonstreret i den nævnte lavtrykstest. Artiklen omtaler også en tidligere oplysning om 623 km/t (387 miles/t) uden vakuum, men den oplysning bør ikke læses som dokumentation for den aktuelle tests hastighed.

Langsigtede visioner har også nævnt op mod 4.000 km/t. Det er et forskningsmål og ikke en dokumenteret kommerciel transportkapacitet.

Rejsetider som Berlin–Beijing på 2–3 timer eller Los Angeles–New York på 1–2 timer er derfor spekulative regneeksempler. De forudsætter blandt andet en sammenhængende infrastruktur og tager ikke nødvendigvis højde for acceleration, stop, sikkerhed eller grænsepassage.

Før hyperloop kan blive almindelig transport, kræves betydelige fremskridt og dokumentation. Udfordringerne omfatter:

• Opretholde et lavt lufttryk langs hele strækningen.
  • Dette inkluderer håndtering af risikoen for uønsket pludseligt vakuumtab efter en ulykke eller endda et terrorangreb.
• Sikker og effektiv strømforsyning samt håndtering af varme og nødsituationer.
• Forbindelser til eksisterende jernbaner og stationer, selv om køretøjerne ikke nødvendigvis kan bruge almindelige skinner.
• Opbygge dedikeret infrastruktur.
  • Meget høje hastigheder kræver store kurveradier og kan gøre tunneler, broer eller andre kostbare anlæg nødvendige.

Andre innovationer

Jernbaner har historisk draget nytte af innovation fra andre områder: dampmaskiner, dieselmotorer, elektriske systemer og senere magnetisk svævning. Ikke alle tog eller maglevsystemer bruger superledere.

Derfor er det relevant at se togudvikling i sammenhæng med bredere teknologiske fremskridt.

Højtemperatur‑superledere

Superledende magneter indgår i nogle maglevdesigns, men er ikke et krav i alle maglev- eller hyperloopsystemer. De designs, der bruger dem, kan have krævende kølebehov.

Højtemperatursuperledere kan fungere ved højere temperaturer end traditionelle superledere, men kræver typisk stadig køling. Praktisk superledning ved stuetemperatur og almindeligt tryk var ikke etableret i 2024. Vi beskriver området i “Fremskridt inden for superledning baner vejen for en ny teknologisk revolution”.

Bedre superledende materialer kan reducere nogle tekniske udfordringer. De ville dog ikke automatisk gøre maglev billigere eller mere hensigtsmæssig end konventionel højhastighedsbane i enhver situation.

Superledere kan også bruges til kraftoverførsel og stærke magneter, blandt andet i fusionsforskning. Køling, materialer, kapacitet, installation og økonomi vil fortsat være væsentlige forhold; store energimængder kan ikke overføres problemfrit alene på grund af superledning.

AI, selvkørende tog & smarte jernbaner

Automatisering og AI kan støtte togdrift. Førerløse metrosystemer findes allerede, men åbne jernbaner med blandet trafik giver andre udfordringer. Et kendt sporforløb gør ikke alle sikkerheds- og kontrolopgaver enkle.

AI, 5G og IoT (Internet of Things) kan understøtte forskellige jernbaneopgaver, blandt andet:

• Sikker overvågning.
• Opdateringer i realtid og smart billetudstedelse.
• Automatiserede togfunktioner.
• Selvkørende tog.
• Forudsigende vedligeholdelse.
• Forbindelse, automatiseret togkontrol & digital signalering.

Digitalisering kan også forbedre godslogistik: lastning og losning, rangering, grænseoverskridende dokumentation og forbindelser til lastbiltransport. AI, sensorer og i visse tilfælde blockchain kan være værktøjer, men effektiviteten afhænger af den konkrete anvendelse.

Tunnelbyggeri

Mere transport kan i fremtiden foregå gennem tunneler. Elon Musks Boring Company arbejder med tunnelbyggeri til transport. At tilskrive selskabets grundlæggelse et lige så stort formål om beboelse på Mars er spekulation.

Tunneler kan undersøges som infrastruktur for hyperloop og give beskyttelse mod nogle ydre påvirkninger. Til gengæld kan anlæg, evakuering, vedligeholdelse og tætning være krævende; de er ikke automatisk den letteste løsning.

Elektromagnetiske affyringssystemer

Et elektromagnetisk affyringssystem, ofte kaldet en mass driver, skal accelerere en nyttelast kraftigt på jorden. Det kan teoretisk reducere behovet for medbragt brændstof under en del af opsendelsen, men erstatter ikke nødvendigvis fremdrift og korrektion efter affyringen.

At nå kredsløb kræver den rette hastighed, retning og bane. Undvigelseshastighed er ikke det samme som kredsløbshastighed. En jordbaseret accelerator ville også skulle håndtere atmosfærisk modstand, opvarmning og meget store accelerationer.

Nogle spekulative forslag kræver affyringsbaner på hundredvis eller tusindvis af kilometer og nævner højtliggende områder som Tibet. Det er ikke dokumentation for en valgt eller gennemførlig byggeplads.

Kilde: Acepedia

Der er omtalt kinesiske forskningsideer på området. Det gør ikke en fuldskala orbital affyringsbane til en teknologi, der nødvendigvis er tæt på at blive realiseret.

Artiklen nævner spekulative estimater på 60 dollar/kg og en mulig yderligere omkostningsreduktion med en faktor 10 i forhold til raketopsendelser som SpaceX (SPCX ) . Sådanne tal er ikke dokumenterede priser for et fungerende system og kan ikke sammenlignes direkte uden ensartede forudsætninger.

Et beslægtet forslag er at bruge en accelerator til at bringe et luftfartøj op på den hastighed, en scramjet kræver. Det er en anden, stadig teknisk udfordrende anvendelse og ikke en demonstreret almindelig transportløsning.

Sådanne affyringskoncepter kan dele enkelte teknologier med hyperloop. Deres sikkerhed, omkostninger og gennemførlighed skal vurderes separat.

Investering i togrelateret teknologi

Tog og maglev er vigtige transportteknologier, mens hyperloop fortsat var på udviklingsstadiet i 2024. Deres muligheder og investeringsrisici er forskellige.

Kina har udbygget højhastighedsbaner i stor skala. Andre lande investerer også i jernbaner, men omfang og prioriteringer varierer.

Man kan også undersøge transport-ETF’er som SmartETFs Smart Transportation & Technology ETF (MOTO), iShares US Transportation ETF (IYT) eller SPDR S&P Transportation ETF (XTN). De kan sprede investeringen over flere virksomheder, men har forskellige porteføljer og giver ikke nødvendigvis ren eksponering mod jernbaner, maglev eller hyperloop. Diversificering fjerner heller ikke risikoen.

Jernbane‑ og togvirksomheder

1. Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

Kilde: Siemens

Siemens er en stor industrikoncern med aktiviteter inden for blandt andet automatisering, elektrificering, infrastruktur, mobilitet og sundhedsteknologi.

IoT indgår i flere af koncernens forretningsområder, herunder industriens automatisering og intelligent infrastruktur. Artiklen angiver automatisering som 62％ af Digital Industries i den anvendte historiske opgørelse; det er ikke 62％ af hele Siemens.

Sundhedsaktiviteterne omfatter blandt andet billeddiagnostik, laboratoriediagnostik og behandlingsteknologi. Mobilitetssegmentet omfatter tog og jernbaneinfrastruktur.

Siemens ser muligheder i automatisering som følge af demografiske ændringer, mangel på kvalificeret arbejdskraft og mere regional produktion, også kaldet glokalisering eller reshoring. Verdens befolkning var ikke generelt faldende i 2024. Mere vind- og solkraft kan samtidig øge behovet for intelligente elnet, der håndterer variationer i produktionen.

Siemens beskriver stærke markedspositioner inden for fabriks-, jernbane- og netautomatisering samt branchespecifik software. Oplysninger om førstepladser og cirka 1.300 cybersikkerhedseksperter i det citerede materiale er virksomhedens historiske præsentation, ikke en uafhængig vurdering af alle markeder.

Kilde: Siemens

Elektrificering, regional produktion, IoT, automatisering og jernbaneinvesteringer kan skabe efterspørgsel efter Siemens’ produkter. Det garanterer ikke vækst, indtjening eller aktieafkast.

Som leverandør af jernbaneudstyr kan selskabet få nye muligheder, når sektoren investerer. Effekten afhænger af de kontrakter, selskabet faktisk vinder, og deres lønsomhed.

Erfaring med automatisering og IoT kan være relevant for intelligente jernbaner. Siemens konkurrerer dog med andre leverandører, og teknologisk bredde sikrer ikke automatisk en førerposition.

2. Alstom (ALO.PA)

Franske Alstom var en af industripartnerne bag TGV, det franske højhastighedstog. Navnet står for “Train à grande vitesse”. Udviklingen skete i samarbejde med det franske jernbanesystem og var ikke verdens første højhastighedstog.

I det citerede investormateriale fremhæver Alstom stærke positioner inden for rullende materiel, service, integrerede systemer og signalering samt en produktion på over 4.600 togvogne årligt. Rangeringer afhænger af kategori og år. Opkøbet af Bombardier Transportation blev afsluttet i 2021.

Kilde: Alstom

Alstom arbejder med automatisering op til GoA4, det højeste niveau uden personale om bord. Forsøg og udviklingsprojekter på hoved- og regionalbaner skal skelnes fra almindelig kommerciel drift. Det citerede materiale dokumenterer ikke generel GoA4-drift på franske regionalbaner i 2023.

Kilde: Alstom

Automatisk togdrift (ATO), automatisk togbeskyttelse (ATP) og overvågning er relaterede, men forskellige funktioner. Et samlet system skal kombinere dem efter banens behov og sikkerhedskrav.

Alstom fremhæver op til 45％ lavere energiforbrug og 30％ større passagerkapacitet afhængigt af strækningen i forbindelse med automatiserede løsninger. Det er ikke en garanteret effekt for alle ATO-installationer eller franske regionaltog.

Alstom har haft perioder med finansielle vanskeligheder, herunder en rednings- og omstruktureringsplan omkring 2003–2004, som artiklen omtaler til 3,2 mia. euro. Planen omfattede både statslige og andre finansielle elementer; beløbet bør ikke læses som en enkel kontant gave fra staten.

Alstom solgte transmissions- og distributionsaktiviteter til Areva i 2004 og 75％ af Marine-aktiviteterne til Aker Yards i 2006. Salget af energi- og netaktiviteter til GE blev annonceret i 2014 og afsluttet i november 2015. GE solgte derefter visse tidligere Alstom-aktiver inden for store gasturbiner til Ansaldo Energia i februar 2016. Skibsbygningen blev altså ikke solgt til Areva i 2004.

Efter omstruktureringen fokuserede Alstom på jernbanetransport frem for det bredere industrikonglomerat fra begyndelsen af 2000’erne.

Koncernen har arbejdet på lønsomhed og en stor ordrebeholdning. Ordrer til fremtidig levering er dog ikke det samme som allerede realiseret omsætning, positivt cash flow eller garanteret overskud.

Kilde: Alstom

Artiklen angiver et anslået markedspotentiale på over 230 mia. euro for perioden 2025–2028. Dette skal forstås som en branchevurdering i den anvendte afgrænsning, ikke Alstoms egen ordrebeholdning eller sikrede omsætning. Et stort marked garanterer ikke, at alle kontrakter bliver rentable.