Hyperloop: Framtiden for høyhastighetstog tar form

Railens betydning

Vi kan tenke på den moderne tiden som dominert av forbrenningsmotoren, fly og, mer nylig, elektriske motorer. Men den industrielle tiden ble bygget på ryggen av en annen teknologi: jernbaner.

Ved å skape en lavkostnads måte å flytte varer innlands, økte jernbaner og tog masseivt produktiviteten.

Denne dagen er hver industriell økonomi avhengig av tog for å opprettholde sin produksjon utenfor kystregionene (som støttes av sjøhandel). Tog er spesielt viktige for å flytte råvarer og bulkindustrielle produkter som mineralmalm, stål, biler osv.

I noen tilfeller kan det ta ekstreme former, som den 704 kilometer lange jernbanelinjen som kobler sammen jernmalm-senteret i midten av Sahara i Mauritania, med en 3 kilometer lang tog, som frakter 200 – 300 godsvogner, med en total på 25 000+ tonn materialer på en gang.

Kilde: CNN

En nøkkel fordelen med tog er at de er langt den mest energivennlige transportmetoden over land, noe som gjør dem til det foretrukne valget for å flytte millioner av tonn med cargo.

Kilde: Boring Company – 2013 Hyperloop White Paper

Fortfarande viktig for industrier, har tog i de fleste land tatt en baksete når det kommer til persontransport. Tog er langsommere enn fly, og mindre fleksible enn biler og motorveier. Det betyr at, bortsett fra undergrunnsbaner og noen pendeltog i byområder, blir tog ofte ikke sett på som en måte å transportere mennesker mellom byer.

Ekisterende konvensjonelle transportmidler for mennesker består av fire unike typer: jernbane, vei, vann og luft.

Disse transportmidlene tenderer til å være enten relativt langsomme (f.eks. vei og vann), dyre (f.eks. luft) eller en kombinasjon av relativt langsomme og dyre (dvs. jernbane)

Elon Musk

Dette kan naturligvis variere, med Europa til en viss grad, og Kina spesielt, som har investert massivt i høyhastighetstog-nettverk.

Kilde: Reddit

Men dagens teknologi for høyhastighetstog gjør dem fortsatt 3 ganger langsommere enn de fleste flyreiser, noe som gjør dem bare mulige for høytrafikkregioner, relativt korte avstander og for passasjerer som er villige til å bruke mer tid på reisen.

En fullstendig omtenkning av tog og jernbaner kunne endre dette, først foreslått i sin nåværende form av Elon Musk i en hvitbok publisert i 2013, som ga det sitt nåværende navn “Hyperloop”.

Ultra-høyhastighetsutfordringer

Ved lav hastighet og opp til 200-300 km/t (125-185 miles/t) er hovedproblemet for tog å holde seg på skinnene trygt og komfortabelt nok. Dette er et problem som har blitt løst over de siste 100 årene, og er nå en vel forstått teknologi, selv om det krever statens avanserte produksjon og vedlikehold for høyhastighetstog.

Når man går i en høyere hastighet, begynner noen andre problemer å føre til problemer.

Jernbane-frikasjon og maglev som løsning

Det første problemet er friksjon med skinnene. Dette er allerede et problem for “vanlige” høyhastighetstog. Måten å løse dette på er for toget aldri å faktisk berøre skinnene, men i stedet sveve over dem.

Dette er prinsippet for maglev (magnetisk levitasjon) teknologi, med en rekke magneter som skyver toget opp og fremover.

Kilde: Department Of Energy

Dette er ikke en løsning uten utfordringer, da dette krever superledende magneter, som må kjøles ned til svært lave temperaturer.

Det gjør det dyrt, men det er mulig. Det finnes flere kommersielle maglev-linjer i drift i dag, inkludert Shanghai, Beijing S1 og Changsha i Kina, og Linimo i Japan. Sør-Koreas Incheon Airport maglev har vært stengt siden 2023.

Luftmotstandsgrensen ved ultra-høyhastigheter

Det andre problemet er luftmotstand. Den øker eksponentielt når hastigheten øker, og tvinger høyhastighetstog og maglev til å adoptere en profil som er så aerodynamisk som mulig.

Et ekstra problem forårsaket av luftmotstand er at hvis et tog kunne nå 1 000 km/t-området (620 mph), ville det forårsake en sonisk boom, som er svært uønsket både for omgivelsene og bygningene, og for jernbanen selv.

Dette er hvorfor den øvre grensen for høyhastighet maglev-teknologi antas å være i området 600 km/t (372 mph), hvordan Kinas nyeste maglev-design.

Til slutt, mens en mer aerodynamisk profil kan hjelpe, vil luftmotstand alltid begrense hastigheten til konvensjonell jernbanetransport.

Dette er hvorfor, i kjernen av Hyperloop-konseptet, ligger ideen om å gjøre for luftmotstand hva maglev gjorde for jernbane-frikasjon: fjerne problemet.

Swipe for å rulle →

Hyperloops initialkonsept

Ideen om Hyperloop er å plassere et maglev-tog inni en vakuumrør, hvor luften er nesten helt fjernet.

Dette skulle fullstendig fjerne luftmotstanden, og tillate hastigheter på 1 000 km/t. Denne hastigheten kunne tillate reise fra Los Angeles til San Francisco på bare 30 minutter.

Enda høyere reisehastigheter er teoretisk mulige med Hyperloop-lignende design, med hastigheter så høye som 4 000 km/t diskutert (2 500 mph).

Nøkkel fordeler

Det sterkeste argumentet til fordel for Hyperloop er at det sannsynligvis vil bli brukt og betjent mer som et tog enn et fly, til tross for sammenlignbar hastighet.

Det ville bety mye lettere restriksjoner på bagasje, samt den tungvinte sikkerhetskontrollen og innkvarteringsprosessen på flyplasser, som ofte tar like mye tid som reisen selv, spesielt for kort og middels lang flyreiser.

Så mens Hyperloops ikke kommer til å konkurrere med Paris-Beijing-flygere noen gang snart, kan de på kortere avstander, og gi mye raskere reise.

Dette effekten forsterkes av muligheten for Hyperloop-stasjoner å bli bygget mye nærmere bysentre. Mens Hyperloop-tog/kapsler kan reise i 1 000 km/t, kan de også gå saktere. Så de reduserer også behovet for reisende å pendle fra en fjern flyplass til en metropol-senter, og forbedrer den totale reisetiden.

Sikkerhet kan være et annet argument. Det er ennå å se hvordan sikkerheten til Hyperloop vil bli håndtert (se under), men det kan vise seg å være mye sikrere enn flyreise.

Til slutt, her også meget usikker, kan kostnaden av infrastrukturen kompenseres av lavere driftskostnader enn flyreise. Muligheten til å bruke det lokale strømnettet eller solenergi ville også redusere karbonutslippene fra slike reiser, potensielt med en viktig innvirkning på den totale billettprisen i en fremtid med karbonavgifter.

Kilde: Visionas

Tekniske begrensninger

Vakuumtekniske utfordringer

Selv om konseptet om Hyperloop er enkelt i sine prinsipper, er det ganske komplekst å implementere i praksis. Det finnes en rekke ingeniørarbeid å gjøre, og spørsmål om materialet eller designet til å velge.

Det største problemet er å skape og håndtere det nødvendige luftvakuumet. Den opprinnelige hvitboken forestilte 0,015 psi (100 Pa), som er omtrent 1/6 av trykket på Mars eller 1/1000 av trykket på Jorden.

Effekten av industrielle vakuum-pumper øker eksponentielt når trykket reduseres, så ytterligere fordeler fra å redusere rørvakuum ville bli offset av økt pumpekompleksitet.

Slike nivåer av vakuum ville trenge å håndteres trygt, samt ukontrollert gjen-trykking kunne forårsake en katastrofal ulykke.

Riktige luftlåser og dokksystemer for tilkobling til en normalt trykket togstasjon vil også være nødvendig.

Energiforsyning

Den lave-trykksmiljøet vil trenge en konstant energiforsyning. Den opprinnelige designen forestiller en rekke solpaneler som følger Hyperloop-røret, som, kombinert med batterier, ville gi energi og gjøre det “selv-drivende”.

Samlet sett burde energiforbruk ikke være et stort problem når sammenlignet med det tilsvarende alternativet for disse hastighetene: fly.

Men dette kunne redusere det økonomiske tilfelle for Hyperloop, og det er sannsynlig at den høye energiforbruket til å holde magneter superledende og røret i et vakuum vil gjøre denne transportmetoden mye dyrere enn vanlige toglinjer, selv uten å ta i betraktning kostnaden av infrastrukturen.

Materielle utfordringer i nær-vakuum-miljøer

Et annet problem forårsaket av vakuum er at mange materialer begynner å oppføre seg annerledes ved svært lavt lufttrykk.

Spesielt kan tradisjonelle stålforsterkninger i betong krølle eller spreke i nær-vakuum-forhold, og standard betong kan kollapse når indre lufttrykk nærmer seg null.

Sannsynligvis vil nye materialer være nødvendige, med noen allerede testet (se under).

Vibrasjon og kjørekomfort-problemer

Et annet potensielt feilpunkt som de innledende testene av Hyperloop avdekket er oppdukningen av sterke vibrasjoner forbi 600 km/t-merket.

Hvis ikke dette håndteres, ville disse vibrasjonene gjøre passasjer-erfaringen fysisk utilgjengelig, og også sannsynligvis skade Hyperloop-komponenter i vanlig bruk.

Passasjer-sikkerhet og nødprosedurer

Når man flytter i en så høy hastighet, er en stor bekymring selvsagt sikkerhet. Enhver kollisjon i full hastighet ville være øyeblikkelig dødelig for alle passasjerer, og sannsynligvis også for mennesker rundt ulykkesstedet.

Dette vil sannsynligvis tvinge Hyperloop til å bygges enten under bakken eller høyt nok over bakken til å være beskyttet mot trafikk-ulykker, kryssinger osv.

Sporbanen må også være nesten perfekt rett og jevn, da svingning i disse hastighetene vil være svært vanskelig. Dette kunne begrense implementeringen av denne ideen i fjellområder.

Liksom, jordskjelv eller andre naturkatastrofer må bli oppdaget i tide for Hyperloop-kjøretøyene i transit til å kunne bremse raskt.

En annen bekymring er hvordan man håndterer enhver nødsituasjon om bord. Sannsynligvis, likt fly, vil en rask tur til den nærmeste stasjonen være nødvendig for å gi nødvendig medisinsk hjelp.

Hvis et kjøretøy havner noen gang strandet eller fast i midten, vil en rask gjen-trykkingssystem og regulær evakueringspunkt for passasjerer også måtte være innlemmet i spor-designet.

Initielle prøver

Ideen samlet umiddelbart en kult-følging, takket være Elon Musks popularitet, og har hatt noen få feilstart siden.

Døden av konseptet, allerede annonsert flere ganger, ser ut til å ha blitt erklært for tidlig. I virkeligheten er mange av de mer alvorlige initiativene nå i gang, med de største tekniske begrensningene som langsomt løses.

Dette etterlater det åpne spørsmålet om den økonomiske levedyktigheten av Hyperloops, noe som ennå må bli sett med virkelige brukstilfeller. Men når det kommer til å konkurrere direkte med flyplasser og flyselskaper, kan det ha en mer lovende fremtid enn det kan se ut til å være på første hånd, når det kan bli misforstått som bare “et raskt tog”.

Hyperloops fremtid

Økonomisk levedyktighet

Når man tar i betraktning hvor usikker den endelige designen av Hyperloop-systemene er, samt den faktiske ytelsen og vedlikeholdsbehovene, er det vanskelig å bestemme dens potensielle økonomiske levedyktighet. Noen elementer kan allerede diskuteres:

• Hyperloop-systemer må installeres i ruter som matcher noen nøkkelkrav:
  • Punkt-til-punkt-transport, med få stopp underveis, eller ingen i det hele tatt.
  • Tung trafikkbelastning, for å sikre maksimal utnyttelse av den dyre infrastrukturen som skal bygges.
  • Relativt rett linje mellom stasjoner, både i høyde og generell retning.

I tillegg vil Hyperloop-spor ikke være kompatible med eksisterende jernbaner, og krever at Hyperloop-stasjonene er nær nok til viktige punkter av interesse (sentrum, flyplasser, havner osv.) eller i nærheten av andre høyhastighetstog-stasjoner.

Disse begrensningene, kombinert med den avanserte teknologien som kreves og den enda mer komplekse infrastrukturen enn vanlige høyhastighetstog, kan sette en grense for hvilke ruter som vil være lønnsomme.

Sannsynligvis vil bare by-til-by-traffic som i dag betjenes av flyselskaper i stor skala, kunne rettferdiggjøre Hyperloops.

Parodisk nok kan den mer dyre og komplekse Hyperloop ha mer lovende økonomiske prospekter enn enklere maglev-linjer, som faller i en uheldig posisjon på å være for langsom til å konkurrere med fly over lange ruter, men for dyre til å konkurrere med vanlige høyhastighetstog også, et problem som så langt har begrenset deres utbredelse.

Som et elektrisk drevet system vil Hyperloop-kostnader også være knyttet til strømpriser. Det ville være lettere å dekarbonisere enn flyreise, potensielt givende det en rabatt i møte med karbonavgifter.

Potensielle Hyperloop-steder

På grunn av det økonomiske kravet om å måtte erstatte ikke bil- og togtrafikk, men dyre flyreiser, er Hyperloop sannsynligvis først å bli implementert i områder som er både enkle å bygge og tett befolket, eller i alle fall mellom store urbane sentre noenlunde nær hverandre. Blant de potensielle regionene som matcher disse kriteriene kan nevnes:

• USAs vest- og østkyst.
• Den nordvestlige europeiske sletten (fra Frankrike/Nederland til Polen)
• Den vestlige delen av Russland, spesielt St. Petersburg-Moskva-Kazan-aksen.
• Kinas østkyst.
• Indias viktigste befolknings-sentra
• Mellomøsten, spesielt Kuwait-Qatar-De forente arabiske emirater-Dubai-linjen.
• Brasils kyst.

En dag kan Hyperloop-konseptet bli deployert på månen. Parodisk nok ville rommet være en enklere plass å bygge Hyperloops enn på jorden, spesielt i luft-tomme steder som månen, hvor et vakuum ikke trenger å bli skapt på første plass, men eksisterer naturlig.

Dette er definitivt ikke en umiddelbar mulighet, men det kunne være en del av de svært lange planene for Kina for å industrialisere jordens satellitt, sammen med redesign av Hyperloop til masse-drev.

Hvilke teknologier kunne hjelpe Hyperloops?

Selvfølgelig vil mer forskning, prototyping og investering være nøkkelen til å se en Hyperloop-system i virkeligheten.

Uavhengig fremgang i relaterte teknologier kunne også gjøre Hyperloop mye mer levedyktig.

En mulighet er bedre superledende materialer, spesielt høy-temperatur (eller ideal sett rom-temperatur) superledere. Ved å redusere kompleksiteten til superledende magnet-systemer, ville de gjøre maglev mye billigere, enklere å vedlikeholde og mindre energikrevende å operere.

Bedre tunnel-teknologi ville også hjelpe, da Hyperloop enten vil være helt gravd eller kreve enda flere tunneler enn vanlige høyhastighetstog, på grunn av dens evne til å svinge i skarpe vinkler.

Som illustrert av bruken av AI til å redusere vibrasjon, kunne kunstig intelligens også bidra betydelig på mange måter: utvikle bedre materialer, selv-styrte tog, prediktivt vedlikehold, sammenkobling, automatisert tog-kontroll og digital signalisering, og sanntids oppdateringer.

Investering i tog-relatert teknologi

Til tross for å samle mindre oppmerksomhet enn romfart eller elektriske kjøretøy, er høyhastighetstog, maglev og kanskje i fremtiden Hyperloop, i fremtiden for å revolusjonere menneskehetens transportmidler og økonomi.

Kina har ledet veien så langt, men resten av verden tar nå merke til og ser på å utvide sin jernbanekapasitet kraftig.

Hvis du ikke er interessert i å velge tog-relaterte selskaper, 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 gi mer diversifisert eksponering for å kapitalisere på den strategisk viktige transport- og jernbaneindustrien.

Konklusjon

Hyperloop har vært intensivt diskutert siden Elon Musk promoterte ideen i 2013, og har hatt noen feilstart siden.

Døden av konseptet, allerede annonsert flere ganger, ser ut til å ha blitt erklært for tidlig. I virkeligheten er mange av de mer alvorlige initiativene nå i gang, med de største tekniske begrensningene som langsomt løses.

Dette etterlater det åpne spørsmålet om den økonomiske levedyktigheten av Hyperloops, noe som ennå må bli sett med virkelige brukstilfeller. Men når det kommer til å konkurrere direkte med flyplasser og flyselskaper, kan det ha en mer lovende fremtid enn det kan se ut til å være på første hånd, når det kan bli misforstått som bare “et raskt tog”.

Leder i superledning-løsninger

American Superconductor Corporation

AMSC er et selskap som tilbyr energiløsninger for strømnettet, skip og vindenergi. Generelt sett, jo mer energikrevende eller massivt et system er, jo mer krever det superledende teknologi for å unngå overoppheting.

Til tross for navnet, tilbyr AMSC ikke bare superleder-systemer, men også, for eksempel, gir-drev for vindturbiner, og kunne være en viktig partner for innenlandske maglev-komponenter.

Selskapet rider flere vekst-drev, fra trenden av elektrifisering og digitalisering (inkludert AI-datacenter), men også omlokalisering av USAs produsent-kapasiteter og behovet for flåter i Anglosfæren til å modernisere seg i møte med økende geopolitiske risiko.

Kilde: American Superconductor Corporation

I strøm-forsyning-segmentet har AMSC sett en jevn økning i ordrer. Dette ble drevet av halvleder-fabrikker som søker å bli beskyttet mot strøm-nett-fluktuasjoner, hjelpe nettet å håndtere den variable naturen til fornybare energikilder, og strøm-forsyning og -kontroll på industrielle steder.

I vindturbin-segmentet er AMSC hovedsakelig aktiv med Electrical Control System (ECS). Historisk sett har ECS vært et sterkt segment for selskapet med 2MW-vindturbiner, men det har progressivt sunket. AMSC søker å gjenvinne dette takket være den nye 3MW-turbin-designen, med spesiell fokus på den indiske markedet.

Kilde: American Superconductor Corporation

For militærfartøy tilbyr AMSC “AMSCs High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure”, et system for å endre det magnetiske signalet til fartøyene for å beskytte dem mot sjø-miner. Dette selges til USA, Canada og Storbritannia, med 75 millioner dollar verdt av ordrer så langt.

Samlet sett gjør AMSC best med å utnytte superleder-teknologi i nisje-applikasjoner som er levedyktige i dag, mens de samtidig er klare til å deployere fremtidige fremgang.

Det bør også bemerkes av investorer at aksjen har opplevd ekstrem volatilitet i fortiden, og de bør beregne risikoen i henhold til dette.

Investering i transport

Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

Siemens er et sterkt selskap i den industrielle sektoren, med aktivitet i elektronik, tungindustri, infrastruktur, mobilitet og helse.

Kilde: Siemens

Selskapets aktiviteter i IoT er spredt over flere segmenter, inkludert automatisering (62% av totalt digital industri) og smart infrastruktur.

Helseaktiviteten fokuserer mer på bilde, analyser og robotikk, mens mobilitets-segmentet hovedsakelig handler om tog- og jernbane-infrastruktur.

Selskapet ser en stor mulighet i automatisering fra den globale nedgangen i befolkningen og “glocalisering” (eller “omlokalisering” av industriell kapasitet nærmere de endelige markedene).

Økende tilstedeværelse av fornybare energikilder i strømnettet øker også behovet for et “smart nett” som kan håndtere disse mer variable og ustabile energikildene.

I den nisjen hvor det er aktivt, er Siemens en svært sterk konkurrent, rangert #1 for fabrikk-automatisering, jernbane-automatisering, nett-automatisering og vertikalt industrielt programvare (inkludert 1 300 cybersecurity-eksperter).

Kilde: Siemens

Siemens er en aksje som er posisjonert til å dra nytte av elektrifisering, omlokalisering, IoT, automatisering, jernbane og den økende teknologiske nivået i industrielle prosesser overalt.

Som en leder i jernbane-utstyr-manufaktur, vil det direkte dra nytte av investeringer i sektoren, samt indirekte av re-industrialiserings-trenden.

Takket være sin brede teknologi, vil det være i forkant av å bygge smarte jernbaner, og utnytte sin erfaring fra andre allerede mer digitaliserte industrier.