Maglev, Hyperloop og fremtiden for tog

Viktigheten av tog

Industriell rolle

Hele den industrielle æraen ble bygget på én teknologi: jernbaner og tog. Ved å skape en rimelig måte å frakte varer inn i landet på, økte jernbaner og tog produktiviteten enormt. Senere tok forbrenningsmotoren for biler og lastebiler, og deretter jetmotoren for fly, rampelyset.

Men den dag i dag er hver industriell økonomi avhengig av tog for å opprettholde sin produksjon utenfor kystregionene (som støttes av sjøhandel). Tog er spesielt avgjørende for å transportere råmaterialer og bulkindustrielle produkter som stål, biler osv.

I noen tilfeller kan det ta ekstreme former, som den 704‑kilometer (437 mi) lange jernbanelinjen som forbinder jernmalmsenteret midt i Sahara i Mauritania, med et 3‑kilometer langt tog, som frakter 200‑300 godsvogner og transporterer totalt over 25 000 tonn materiale på én gang.

Kilde: Tourifique

I så måte er togbasert logistikk også avgjørende for alle moderne hærer, som illustrert av betydningen av strategiske jernbaner i Ukraina‑krigen, som transporterte tusenvis av granater og ammunisjon daglig til frontlinjen.

Høyhastighetsreiser

Moderne tog har også utviklet seg utover den massive tunge industrielle arbeidshesten for å konkurrere effektivt med motorveier og flyplasser.

Ingen plass er dette tydeligere enn i Kina, som har verdens tetteste høyhastighetsjernbanenettverk. Ved utgangen av 2023 hadde nettverket en total lengde på 45 000 km (28 000 miles), og utgjør to tredjedeler av verdens høyhastighetsjernbaner.

Høyhastighetsjernbaner, med hastigheter i området 200–380 km/t (120–240 mph), gir effektiv transport mellom byer.

Kontrasterende geografi

Tognettverk er høyt avhengige av offentlig politikk og nasjonale investeringsbeslutninger. Dette skyldes en kombinasjon av faktorer:

• De fleste jernbanenettverk er nasjonalisert eller oligopol på grunn av teknologiens sentraliserte natur.
• Jernbaner krever komplekse tillatelser og tvinger ofte grunneiere til å selge jord eller gi tilgangsrettigheter for å gjøre nye prosjekter mulige.
• De høye investeringskostnadene for nye jernbaner avskrives over tiår, noe som gjør at de fleste private investorer er uvillige til å vente så lenge.
• Jernbaner vil ofte endre demografi, økonomi og den samlede utviklingen av hele regioner og urbane sentra, noe som gjør deres rute sterkt politisk.

Så det er kanskje ikke overraskende at jo mer sentralisert et lands politikk er, desto mer suksessrike er tog i å overgå biler og motorveier.

Kina

Kina ligger i front når det gjelder jernbanenettverk. Ikke bare har de dette 45 000 km lange høyhastighetsjernbanenettverket, men de har også ytterligere 114 000 km med langsommere jernbaner dedikert til å betjene lokale områder og industrielle anlegg.

Kilde: Reddit

Innen slutten av 2035 planlegger Kina å nå 200 000 kilometer (124 274 miles) jernbanespor, inkludert omtrent 70 000 km med høyhastighetsjernbane.

Alle byer med en befolkning på over 200 000 vil bli dekket av jernbanenettverket før 2035, og de med en befolkning på mer enn 500 000 vil bli koblet til høyhastighetsspor, i henhold til den siste planen.

Kina vil også fremme jernbanebygging i områder dominert av etniske minoriteter, samt grenseområder og underutviklede regioner i sentrale og vestlige Kina, for å bidra til å redusere fattigdom og revitalisere landsbygda, sa selskapet.

Kilde: Reuters / Statseidede China State Railway Group

Den samme betydningen av jernbane kan sees i Asia, med for eksempel Indias 132 310 km spor, selv om de er mye langsommere.

Europa

En annen togvennlig region er Europa, med et 202 131 km nettverk men kun 11,666 km høyhastighetsjernbane, hovedsakelig lokalisert i Vest‑Europa.

EU har som mål å tredoble høyhastighetsjernbanetrafikken innen 2050, og ser den som avgjørende for et mer effektivt transportsystem i takt med urbaniseringen.

Kilde: Wikipedia

I Europa kan tog imidlertid henge etter i internasjonal handelstransport, på grunn av et komplekst sett av flere spenninger (både AC og DC) og signaleringssystemer, samt ulike sporvidder (avstanden mellom skinnene) med for eksempel Portugal + Spania som bruker sin egen, og Finland + de baltiske statene som bruker den russiske sporet. Likevel blir 70 % av (hovedsakelig internasjonal) godstrafikk over de sveitsiske Alpene utført via jernbane.

Kilde: Wikipedia

Nord-Amerika

Til slutt, Nord‑America, spesielt USA, henger etter med tognettverket for passasjerer, med hovedsakelig sakte bevegelige Amtrak‑ og godstog.

USA har imidlertid verdens største jernbanetransportnettverk, med 260 000 km spor (160 000 miles). Historisk har dette vært nøkkelen i USAs utvikling og erobringen av vesten, spesielt med den første transkontinentale jernbanen hvor togspor var sentrale for å knytte innlandet til kystregionene.

Fra damp til elektrisitet

De første togene ble drevet av den aller første dampmaskinen, som hentet sin energi fra kull. Dette var en revolusjon fra det tidligere transportnettet som kun ble drevet av vind og dyrekrefter, og skapte en enorm økonomisk boom overalt der det ble implementert. Senere gikk man over til diesel for mer kraftfulle og mindre forurensende lokomotiver.

Til slutt ble et nytt stadium oppnådd med elektrifisering, som gjør at toget ikke lenger trenger å bære eget drivstoff, men i stedet bruker energi produsert direkte ved kraftverk mer effektivt.

Kilde: Mesas Stamps

Elektrifisering åpnet også veien for tog drevet av fossile brensler, enten fra kjernekraft eller fornybar energi. Dette gjør moderne tog til et mye mindre forurensende alternativt transportmiddel, med et radikalt lavere karbonavtrykk.

For eksempel i Storbritannia, til tross for at elektrifiseringens dekarbonisering fortsatt henger etter, emitterte hver type jernbanetransport, fra nasjonal jernbane til trikk og tunnelbane, kun 35‑28 gram CO₂‑ekvivalenter per passasjerkilometer, under elbiler (47 g) og 5 ganger mindre enn diesel‑ og bensinbiler (170 g).

Kilde: Our World In Data

Fremtiden for tog

Maglev

Langt fra en stillestående og aldrende teknologi, er togtransport i frontlinjen av teknologisk utvikling og elektrifisering.

En viktig innovasjon er maglev‑toget (magnetisk levitasjon), som først ble kommersielt lansert i 2004. Denne science‑fiction‑lignende teknologien gjør at togene bokstavelig talt svever over sporet.

Dette gir noen unike fordeler sammenlignet med vanlige jernbaner og annen landbasert transport:

• Reduserer friksjonen betydelig, og dermed de totale energitapene.
• Mindre friksjon reduserer også varmeproduksjonen, noe som tillater mye høyere hastigheter.
• Uten kontakt er de eneste hastighetsbegrensningene knyttet til luftmotstand og kapasiteten til maglev‑systemet.
• Ingen kontakt gir en svært jevn opplevelse, med langt mindre vibrasjoner enn på stålhjul, selv ved svært høye hastigheter.

Maglev‑toget fungerer ved å generere massive magnetfelt, ved bruk av superledende magneter (som ikke har elektrisk motstand). For å gjøre dette må magnetene kjøles ned til -450 °F / -267 °C.

Kilde: Department Of Energy

En annen stor fordel er sikkerhet. Maglev‑tog blir «drevet» av den kraftige guidebanen. To tog som reiser samme rute kan ikke innhente hverandre og kollidere, fordi de alle blir drevet til å bevege seg med samme hastighet.

På samme måte kan tradisjonelle togsporinger som oppstår på grunn av for rask svinging, ikke skje med Maglev. Jo lenger et Maglev‑tog kommer fra sin normale posisjon mellom guidebaneveggene, desto sterkere blir den magnetiske kraften som skyver det tilbake på plass.

Maglev‑togmarkedet er estimert til $2,17 milliarder i 2023 og forventes å vokse til $3,13 milliarder innen 2031, med en CAGR på 4,7 %.

Ubegrenset hastighet?

Den høyeste hastigheten som er oppnådd av en maglev, ble oppnådd av Japans JR Central sin L0‑superledende maglev, som nådde en topphastighet på 603 kilometer per time (375 mph) i 2015.

Dette er sannsynligvis nær den øvre oppnåelige grensen for maglev, på grunn av økende luftmotstand jo høyere hastigheten blir.

Uansett vil reise over lydens hastighet (1 235 km/h / 767 mph) skape en supersonisk bølge som vil skade både jernbaneinfrastrukturen og omgivelsene.

Massadopsjon?

Maglev er fortsatt en relativt sjelden teknologi, med de fleste høyhastighetsjernbaner som oppnår sin hastighet med konvensjonelle metoder.

Likevel kan masseinstallasjon av maglev eliminere det meste av behovet for regional lufttransport, som i Europa eller over det nordamerikanske kontinentet, ettersom 400‑600 km/t kan konkurrere med fly, spesielt når man tar hensyn til forsinkelsene knyttet til flyplasser og boarding (sikkerhetskontroller, bagasje, osv.).

Og kombinert med dekarboniseringen av strømnettet, kan det ha en massiv innvirkning på globale karbonutslipp.

De ideelle lokasjonene vil sannsynligvis være innenfor og mellom verdens megapolis, spesielt på USAs kystområder, nord for India, Java (Indonesia) og Vest‑Europa.

Kilde: Pinterest

Hyperloop

Hva om maglev‑tog ikke var begrenset av lydens hastighet?

Denne ideen kan i begynnelsen høres absurd ut, men det finnes en måte å unngå en sonisk bølge og overdreven luftfriksjon på: Bare fjern luften. Dette er konseptet hyperloop, popularisert av Elon Musk i et hvitt papir i 2013, som foreslår en reise fra Los Angeles til San Francisco på kun 30 minutter.

Kilde: The Verge

Ideen er å innkapsle maglev‑toget i et dekomprimert rør eller tunnel. På denne måten kan maglev‑systemet akselerere uten å bli begrenset av luftfriksjon.

Ideen samlet umiddelbart en kultfølger og var under utvikling av Hyperloop One, tidligere Virgin Hyperloop. Imidlertid ble dette selskapet definitivt stengt i 2023 etter å ha gått tom for penger.

Dette tilbakeslaget har fått mange til for tidlig å erklære konseptet død, og kalt det (ordspill ment) en drøm. Dette var for tidlig, da andre hyperloop‑lignende initiativer er i gang.

Hyperloop-prototyper

Den første er den nederlandske Hardt Hyperloop som kunngjorde at de har testet sitt hyperloop‑kjøretøy med suksess i september 2024. Dette er kun bevis på at kjøretøyet beveger seg og vakuum opprettholdes, men et første skritt.

Andre aktive selskaper på dette området i vestlige land er Musks Boring Company og italienske HyperloopTT.

I togentusiastiske Kina har et maglev‑tog nylig fullført en test i et 2‑kilometer langt (1,2‑mile) rør med lavvakuummiljø i Shanxi-provinsen. Dette ble testet av China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC).

Designen har som mål å nå en hastighet på 1 000 kilometer (621 miles) per time. Systemet oppnådde også tidligere en rekordhøy hastighet på 623 kilometer (387 miles) per time i en testkjøring uten vakuum.

Målet er ikke bare å stoppe ved 1 000 km/t, men å nå så langt som 4 000 km/t på lang sikt.

Så i teorien kunne det brukes til interkontinentale reiser, og sette det på lik linje med ennå ikke eksisterende kommersielle hypersoniske romfly, for eksempel å gjøre reisen fra Berlin til Beijing kun 2‑3 timer eller fra LA til NY på bare 1‑2 timer.

Imidlertid vil hyperloop‑systemer trenge betydelig fremgang innen design og ingeniørkunst for å bli en realitet. Blant de få utfordringene vil være:

• Sikre opprettholdelse av et sterkt vakuum på hele linjen.
  • Dette inkluderer håndtering av risikoen for uønsket plutselig vakuumtap etter en ulykke eller til og med et terrorangrep.
• Sikre trygg og effektiv levering av den enorme energimengden som systemet krever.
• Integrere hyperloop i det eksisterende nettverket av jernbaner og togstasjoner.
• Bygge dedikert infrastruktur.
  • De ekstreme hastighetene vil begrense rutealternativene, og tvinge hyperloop‑utvikleren til å bruke dyre superbroer og tunneler for å krysse hindringer.

Andre innovasjoner

Togtransport er en teknologi som historisk alltid har hatt nytte av innovasjon i andre industrier. Den utnyttet først dampmaskinen som ble brukt til å pumpe vann i kullgruver, deretter den nylig investerte dieselmotoren, og så elektrisitet og superledermagneter.

Så gir det mening å se på togets fremtid i en bredere kontekst av annen teknologisk fremgang.

Høye temperatur superledere

En nøkkelkomponent i maglev‑ og hyperloop‑systemet er behovet for superledende magneter. Disse krever dagens ultralave temperaturer, noe som er teknisk vanskelig og energikrevende.

Dette kan endre seg snart, med superledermaterialer som krever mindre kulde eller til og med romtemperatur. Vi diskuterte i detalj deres utvikling og de siste nyhetene i “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution”.

Generelt, dersom superledning oppnås ved en mye høyere temperatur, vil dette gjøre maglev til et langt overlegent alternativ til den klassiske høyhastighetsjernbanen.

Det ville også gjøre overføring av enorme mengder kraft over lange avstander trivielt, noe som gjør fornybar energi, hyperloop og andre sivilisasjonsendrende teknologier som kjernefysisk fusjon mye mer økonomisk.

AI, selvkjørende tog og smarte jernbaner

Automatisering og AI er andre raskt fremadskridende teknologier. Mens vi forestiller oss utviklingen av selvkjørende biler som kan håndtere kompleksiteten i urbane veier, gir det mening at vi bør oppnå selvkjørende tog enda tidligere. Dette er spesielt fordi tog opererer i et mye mer kontrollert og kjent miljø, selv om de går i enda høyere hastigheter.

AI, samt 5G‑tilkobling og IoT (Internet of Things), kan hjelpe med en mengde jernbanerelaterte oppgaver, inkludert:

• Sikker overvåkning.
• Sanntidsoppdateringer og smart billettsalg.
• Automatiserte togservice.
• Selvkjørende tog.
• Prediktivt vedlikehold.
• Til­kobling, automatisert togkontroll og digital signalering.

En annen aktivitet som kan styrkes med digitalisering, AI og også blokkjedeteknologi er logistikk. Lasting og lossing av godsvogner, bytte av vogner mellom tog, grenseoverskridende transport og integrering med lastebiltransport, kan alle bli delvis eller fullt automatisert, noe som gjør jernbanegods mye mer effektivt og kostnadseffektivt.

Tunnelering

Et annet alternativ vi kan se er mye mer transport (inkludert jernbane) gjennom tunneler. Dette er en av Elon Musks personlige besettelser, med Boring Company sannsynligvis grunnlagt for å like mye hjelpe med å løse transport på jorden som å bygge habitat på Mars.

Dette kan bli et foretrukket alternativ for fremtidige hyperloop‑systemer, da en tunnel vil være mer stabil, mindre utsatt for ulykker, og generelt lettere å holde i sterkt vakuum enn et opphengt rør.

Massedrivere

Hovedideen med en massedriver er at en shuttle kan sendes inn i bane ved å akselerere den nok på bakken slik at den ikke trenger drivstoff ombord.

I hovedsak ville det være en hyperloop, men med mål om å nå unnslippingshastighet for å skyve et romskip i bane uten drivstoff ombord.

Oppskytingssporet vil også måtte være hundrevis, om ikke tusenvis, av kilometer langt, med det mest lovende kandidatområdet som tibetanske platået.

Kilde: Acepedia

Kanskje ikke overraskende ser Kina allerede på å utvikle slik teknologi, så den kan være nærmere enn vi forventer.

Hvis vellykket, kan den redusere den allerede kraftig reduserte orbitaloppskytingsprisen fra SpaceX med ytterligere 10‑fold, med estimater som setter kostnaden til kun $60 per kg.

Som en sidebemerkning kan dette systemet først brukes med mindre modeller for å skyve fly i en hastighet hvor hypersoniske scramjet‑motorer kan fungere, noe som muliggjør svært raske hypersoniske flyvninger.

Så hvis transkontinentale hyperloops ikke er økonomisk levedyktige, kan det være at massedriver‑/oppskytings‑hyperloop for hypersonisk flyvning fortsatt kan bruke denne teknologien.

Investering i togrelatert teknologi

Til tross for at de får langt mindre oppmerksomhet enn romfart eller elbiler, er tog, maglev og kanskje i fremtiden hyperloop i frontlinjen av revolusjonerende menneskehetens transportmidler og økonomi.

Kina har så langt ledet an, men resten av verden tar notis og ser på å massivutvide sin jernbanekapasitet også.

Hvis du ikke er interessert i å velge togrelaterte 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 gir en mer diversifisert eksponering for å kapitalisere på den strategisk viktige transport- og jernbaneindustrien.

Jernbane- og togbedrifter

1. Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

Siemens er et sterkt selskap i industrisektoren, med aktiviteter innen elektronikk for tungindustri, infrastruktur, mobilitet og helsevesen.

Kilde: Siemens

Selskapets aktiviteter innen IoT er fordelt på flere segmenter, inkludert automatisering (62 % av totale digitale industrier) og smart infrastruktur.

Helseaktiviteten fokuserer mer på bildediagnostikk, analyser og robotikk, mens mobilitetssegmentet hovedsakelig omfatter tog- og jernbaneinfrastruktur.

Selskapet ser en stor mulighet innen automatisering fra den globalt synkende befolkningen og «glokalisering» (eller «reshoring» av industriell kapasitet nærmere sluttmarkedene). Den økende tilstedeværelsen av fornybar energi i strømnettet øker også etterspørselen etter et «smart grid» som kan håndtere disse mer uregelmessige og variable kraftkildene.

I nisjen der det er aktivt, er Siemens en svært sterk konkurrent, rangert som nr. 1 innen fabrikkautomatisering, jernbaneautomatisering, nettautomatisering og vertikal industriprogramvare (inkludert 1 300 cybersikkerhetseksperter).

Kilde: Siemens

Siemens er en aksje posisjonert for å dra nytte av elektrifisering, reshoring, IoT, automatisering, jernbaner og det økende teknologinivået i industrielle prosesser generelt.

Som leder innen produksjon av jernbaneutstyr vil den dra direkte nytte av investeringer i sektoren, samt indirekte av re‑industrialiseringstrenden.

Takket være sitt brede teknologispekter vil den være i frontlinjen av å bygge smarte jernbaner, og utnytte sin erfaring innen automatisering og IoT fra andre allerede mer digitaliserte industrier.

2. Alstom (ALO.PA)

Det franske selskapet var blant de første til å lage et høyhastighetstog, som ble det verdenskjente TGV («Train à Grande Vitesse»).

I dag er det globalt nr. 1 innen rullende materiell (togkjøretøy, 4 600+ togsett/år), tjenester og nøkkelferdige systemer, og nr. 2 innen signalering, delvis takket være oppkjøpet av Bombardier Transportation i 2021.

Kilde: Alstom

Alstom er ledende innen automatisering av tognettverk, og har oppnådd det høyeste automatiseringsnivået, GoA4, på franske regionale toglinjer innen 2023.

Kilde: Alstom

Dette ble oppnådd gjennom deres «Automatic Train Operation», som inkluderer automatisk togkontroll, beskyttelse og tilsyn.

Dette systemet gir 45 % lavere energiforbruk og 30 % mer passasjerkapasitet per linje.

Selv om selskapet er en leder i sin bransje, har det hatt noen turbulente år når det gjelder økonomiske resultater, med en €3,2 milliarder redningspakke fra den franske regjeringen i 2003.

Siden da har Alstom-gruppen solgt sine aktiviteter innen skipsbygging og elektrisk overføring til kjernekraftgiganten Areva i 2004, og deretter sine kraft- og nettdivisjoner til GE i 2014, samt sin tunge gasturbinvirksomhet til Ansaldo Energia.

Dette gjør den nye Alstom til en kun tog‑fokusert virksomhet, fra det komplekse industrielle konglomeratet på begynnelsen av 2000‑tallet.

Gruppen har jobbet med å gjenoppbygge lønnsomheten og sin ordrebeholdning, med sterk vekst i fremtidige leveranser siden 2022.

Kilde: Alstom

Totalt ser selskapet et mellomlangsiktig markedspotensial på over €230 milliarder for perioden 2025‑2028, noe som gjør det i stand til å velge hvilke kontrakter som vil være lønnsomme, samt absorbere selskapets oppskalering av produksjonskapasitet.