Maglev, Hyperloop e o Futuro dos Trens

A Importância dos Trens

Papel Industrial

Toda a era industrial foi construída com base em uma tecnologia: ferrovias e trens. Ao criar uma forma de baixo custo para mover mercadorias para o interior, as ferrovias e os trens aumentaram a produtividade de forma massiva. Mais tarde, o motor de combustão para carros e caminhões e então o motor a jato para aviões tomariam os holofotes.

Mas até hoje, toda economia industrial depende dos trens para sustentar sua produção além das regiões costeiras (que são apoiadas pelo comércio marítimo). Os trens são especialmente cruciais para mover matérias‑primas e produtos industriais a granel como aço, carros, etc.

Em alguns casos, pode assumir formas extremas, como a linha ferroviária de 704 quilômetros (437 milhas) que liga o centro de mineração de ferro no meio do Saara na Mauritânia, com um trem de 3 quilômetros de comprimento, transportando 200‑300 vagões de carga, totalizando mais de 25.000 toneladas de material em uma única viagem.

Fonte: Tourifique

Além disso, a logística baseada em trens também é crucial para todos os exércitos modernos, como ilustrado pela importância das ferrovias estratégicas na guerra da Ucrânia, que transportavam milhares de projéteis e munições diariamente para a linha de frente.

Viagem de Alta Velocidade

Os trens modernos também evoluíram além do pesado cavalo de batalha industrial para competir eficientemente com rodovias e aeroportos.

Nenhum lugar evidencia isso mais do que a China, que possui a rede de trens de alta velocidade mais densa do mundo. No final de 2023, a rede tinha um comprimento total de 45.000 km (28.000 milhas), representando dois terços das ferrovias de alta velocidade do mundo.

Ferrovias de alta velocidade, com velocidades entre 200–380 km/h (120–240 mph), oferecem transporte eficiente entre cidades.

Geografia Contrastante

As redes ferroviárias dependem fortemente de políticas públicas e decisões de investimento nacional. Isso se deve a uma combinação de fatores:

• A maioria das redes ferroviárias é nacionalizada ou oligopolizada devido à natureza centralizada da tecnologia.
• As ferrovias exigem licenças complexas e frequentemente forçam proprietários de terras a vender terrenos ou conceder direitos de acesso para viabilizar novos projetos.
• Os altos custos de investimento para novas ferrovias são amortizados ao longo de décadas, fazendo com que a maioria dos investidores privados não queira esperar tanto tempo.
• As ferrovias frequentemente alteram a demografia, a economia e o desenvolvimento geral de regiões inteiras e centros urbanos, tornando seu trajeto altamente político.

Portanto, talvez não seja surpresa que quanto mais centralizada for a política de um país, mais bem-sucedidos os trens são em superar carros e rodovias.

China

A China está no topo da rede ferroviária. Não só possui essa rede de alta velocidade de 45.000 km, como também tem outra rede de 114.000 km de ferrovias mais lentas dedicadas a atender áreas locais e instalações industriais.

Fonte: Reddit

Até o final de 2035, a China planeja alcançar 200.000 quilômetros (124.274 milhas) de trilhos ferroviários, incluindo cerca de 70.000 km de ferrovias de alta velocidade.

Todas as cidades com população superior a 200.000 serão cobertas pela rede ferroviária antes de 2035, e aquelas com população superior a 500.000 serão conectadas a linhas de alta velocidade, de acordo com o plano mais recente.

A China também promoverá a construção de ferrovias em áreas dominadas por grupos étnicos minoritários, bem como em regiões fronteiriças e subdesenvolvidas no centro e oeste da China, para ajudar a aliviar a pobreza e revitalizar o campo, disse a empresa.

Fonte: Reuters / State-owned China State Railway Group

A mesma importância das ferrovias pode ser vista na Ásia, com, por exemplo, os 132.310 km de trilhos da Índia, embora de tipo muito mais lento.

Europa

Outra região favorável aos trens é a Europa, com uma rede de 202.131 km, mas apenas 11,666 km de ferrovias de alta velocidade, principalmente localizadas na Europa Ocidental.

A UE pretende triplicar o tráfego de trens de alta velocidade até 2050, considerando-o fundamental para um sistema de transporte mais eficiente em meio à urbanização.

Fonte: Wikipedia

Na Europa, porém, os trens podem ficar atrás no transporte de comércio internacional, devido a um conjunto complexo de múltiplas tensões (AC e DC) e sistemas de sinalização, bem como diferentes bitolas (o espaçamento entre trilhos), por exemplo Portugal + Espanha usando sua própria, e Finlândia + os Estados Bálticos usando a bitola russa. No entanto, 70% do tráfego de carga (principalmente internacional) através dos Alpes Suíços é realizado por ferrovias.

Fonte: Wikipedia

América do Norte

Por fim, a América do Norte, especialmente os EUA, está atrasada na rede ferroviária de passageiros, com principalmente trens lentos da Amtrak e ferrovias de carga.

Os EUA, porém, possuem a maior rede de transporte ferroviário do mundo, com 260.000 km de trilhos (160.000 milhas). Historicamente, isso foi fundamental no desenvolvimento dos EUA e na conquista do Oeste, notavelmente com a primeira ferrovia transcontinental, cuios trilhos foram centrais para conectar o interior às regiões costeiras.

Do Vapor à Eletricidade

Os primeiros trens eram movidos pela primeira locomotiva a vapor, obtendo sua energia do carvão. Isso representou uma revolução em relação à rede de transporte anterior, alimentada apenas por vento e força animal, e gerou um enorme boom econômico onde quer que fosse implementado. Mais tarde, mudou-se para o diesel, proporcionando locomotivas mais potentes e menos poluentes.

Finalmente, uma nova fase seria alcançada com a eletrificação, permitindo que o trem não precisasse mais carregar seu próprio combustível, e em vez disso utilizasse energia produzida diretamente nas usinas de forma mais eficiente.

Fonte: Mesas Stamps

A eletrificação também abriu caminho para trens alimentados por combustíveis fósseis, seja a partir de energia nuclear ou renovável. Isso torna os trens modernos uma alternativa muito menos poluente de transporte, com uma pegada de carbono radicalmente menor.

Por exemplo, no Reino Unido, apesar da descarbonização da eletricidade ainda estar atrasada, todo tipo de transporte ferroviário, desde a ferrovia nacional até bondes e metrôs, emitia apenas 35‑28 gramas de equivalentes de dióxido de carbono por quilômetro‑passageiro, abaixo dos veículos elétricos (47g) e 5 vezes menos que carros a diesel e gasolina (170g).

Fonte: Our World In Data

O Futuro dos Trens

Maglevs

Longe de ser uma tecnologia estagnada e envelhecida, o transporte ferroviário está na vanguarda da evolução tecnológica e da eletrificação.

Uma inovação chave é o trem maglev (levitação magnética), lançado comercialmente pela primeira vez em 2004. Essa tecnologia que parece de ficção científica permite que os trens literalmente levitem acima dos trilhos.

Isso oferece algumas vantagens únicas em comparação com ferrovias regulares e qualquer outro transporte terrestre:

• Reduz muito o atrito, diminuindo as perdas de energia totais.
• Menos atrito também reduz a produção de calor, permitindo velocidades muito maiores.
• Sem contato, os únicos limites de velocidade estão ligados à resistência do ar e à capacidade do sistema maglev.
• A ausência de contato cria uma experiência muito suave, com muito menos vibrações que nas rodas de aço, mesmo em velocidades muito altas.

O funcionamento do maglev baseia‑se na geração de campos magnéticos massivos, usando ímãs supercondutores (que não apresentam resistência elétrica). Para isso, os ímãs precisam ser resfriados a -450°F / -267°C.

Fonte: Department Of Energy

Outro grande benefício é a segurança. Os trens maglev são “conduzidos” pela via guiada alimentada. Dois trens que viajam na mesma rota não podem alcançar e colidir um com o outro porque todos são alimentados para se mover à mesma velocidade.

Da mesma forma, descarrilamentos de trens tradicionais que ocorrem por curvas muito rápidas não podem acontecer com o Maglev. Quanto mais o trem Maglev se afasta de sua posição normal entre as paredes da via guiada, mais forte se torna a força magnética que o empurra de volta ao lugar.

O mercado de trens maglev está estimado em US$ 2,17 bilhões em 2023 e espera‑se que cresça para US$ 3,13 bilhões até 2031, ou um CAGR de 4,7%.

Velocidade Ilimitada?

A maior velocidade alcançada por um maglev foi atingida pelo maglev supercondutor L0 da JR Central do Japão, que alcançou uma velocidade máxima de 603 quilômetros por hora (375 mph) em 2015.

Isso provavelmente está próximo do limite máximo alcançável para maglev, devido ao aumento da resistência do ar à medida que a velocidade aumenta.

Em qualquer caso, viajar acima da velocidade do som (1.235 km/h / 767 mph) criaria um boom supersônico que seria danoso tanto para a infraestrutura ferroviária quanto para o entorno.

Adoção em massa?

O maglev ainda é uma tecnologia relativamente rara, com a maioria das ferrovias de alta velocidade alcançando sua velocidade com métodos convencionais.

Ainda assim, a adoção em massa de maglevs poderia eliminar a maior parte da necessidade de transporte aéreo regional, como dentro da Europa ou através do continente norte‑americano, já que 400‑600 km/h podem ser comparáveis a aviões, especialmente ao considerar os atrasos associados a aeroportos e embarque (checagens de segurança, bagagem, etc.).

E combinada com a descarbonização da rede elétrica, poderia ter um impacto massivo nas emissões globais de carbono.

Os locais ideais provavelmente seriam dentro e entre as megacidades globais, notavelmente nas costas dos EUA, ao norte da Índia, na ilha de Java (Indonésia) e na Europa Ocidental.

Fonte: Pinterest

Hyperloop

E se os trens maglev não fossem limitados pela velocidade do som?

Essa ideia pode inicialmente parecer absurda, mas há uma forma de evitar a criação de um boom sônico e o atrito excessivo do ar: simplesmente remover o ar. Esse é o conceito de hyperloop, popularizado por Elon Musk em um white paper em 2013, propondo uma viagem de Los Angeles a São Francisco em apenas 30 minutos.

Fonte: The Verge

A ideia é encapsular o trem maglev em um tubo ou túnel despressurizado. Dessa forma, o sistema maglev pode acelerar sem ser limitado pelo atrito do ar.

A ideia imediatamente ganhou um seguimento de culto e estava em desenvolvimento pela Hyperloop One, anteriormente Virgin Hyperloop. No entanto, esta empresa encerrou definitivamente em 2023, após ficar sem dinheiro.

Esse revés levou muitos a afirmar prematuramente a morte do conceito, chamando‑o (trocadilho intencional) de sonho impossível. Isso foi prematuro, pois outras iniciativas semelhantes ao hyperloop estão avançando.

Protótipos de Hyperloop

O primeiro é o holandês Hardt Hyperloop, que anunciou que testou com sucesso seu veículo hyperloop em setembro de 2024. Isso é apenas a prova de que o veículo se move e o vácuo é mantido, mas um primeiro passo.

Outras empresas ativas neste tópico em países ocidentais são Boring Company de Musk e Italian HyperloopTT.

Na China, entusiasta de trens, um trem maglev completou recentemente um teste em um tubo de 2 quilômetros (1,2 milhas) com ambiente de baixo vácuo na província de Shanxi. Isso foi testado pela China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC).

O design tem como objetivo uma velocidade de 1.000 quilômetros (621 milhas) por hora. O sistema também já alcançou anteriormente uma velocidade recorde de 623 quilômetros (387 milhas) por hora em um teste sob condições sem vácuo.

O objetivo não seria parar em 1.000 km/h, mas chegar a até 4.000 km/h a longo prazo.

Portanto, em teoria, poderia ser usado para viagens intercontinentais, equiparando‑se a espaçonaves hipersônicas comerciais ainda não existentes, reduzindo, por exemplo, o tempo de viagem de Berlim a Pequim para apenas 2‑3h ou de Los Angeles a Nova Iorque em apenas 1‑2h.

No entanto, os sistemas hyperloop precisarão de muito progresso em design e engenharia para se tornarem realidade. Entre as poucas dificuldades estarão:

• Manter com segurança um vácuo forte em toda a extensão da linha.
• Isso inclui gerenciar o risco de perda súbita e indesejada de vácuo após um acidente ou até mesmo um ataque terrorista.
• Fornecer de forma segura e eficiente a quantidade fenomenal de energia exigida pelo sistema.
• Integrar o hyperloop à rede existente de ferrovias e estações de trem.
• Construir infraestruturas dedicadas.
• As velocidades extremas envolvidas limitarão as opções de trajeto, forçando o desenvolvedor do hyperloop a depender de super‑pontes e túneis caros para atravessar quaisquer obstáculos.

Outras Inovações

O transporte ferroviário é uma tecnologia que historicamente sempre se beneficiou da inovação em outras indústrias. Primeiro aproveitou a locomotiva a vapor usada para bombear água em minas de carvão, depois o recém‑investido motor diesel, e então a eletricidade e ímãs supercondutores.

Portanto, faz sentido observar o futuro dos trens no contexto mais amplo de outros avanços tecnológicos.

Supercondutores de Alta Temperatura

Uma parte chave do sistema maglev e hyperloop é a necessidade de ímãs supercondutores. Estes requerem as ultra‑baixas temperaturas atuais, o que é tecnicamente difícil e consome muita energia.

Isso pode mudar em breve, com materiais supercondutores que exigem menos frio ou até mesmo temperaturas ambiente. Discutimos em detalhe seu desenvolvimento e as últimas notícias em \”Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution\”.

No geral, se a supercondutividade fosse alcançada a uma temperatura muito mais alta, isso tornaria o maglev uma opção muito superior ao clássico trem de alta velocidade.

Também tornaria trivial a transmissão de quantidades absurdas de energia por longas distâncias, tornando as energias renováveis, o hyperloop e outras tecnologias que alteram a civilização, como a fusão nuclear, muito mais econômicas.

IA, Trens Autônomos & Ferrovias Inteligentes

Automação e IA são outras tecnologias que avançam rapidamente. À medida que imaginamos o desenvolvimento de carros autônomos, capazes de lidar com a complexidade das vias urbanas, faz sentido que devemos alcançar trens autônomos ainda antes. Isso se deve, em particular, ao fato de que os trens operam em um ambiente muito mais controlado e conhecido, mesmo que em velocidades ainda maiores.

IA, bem como conectividade 5G e IoT (Internet das Coisas), podem ajudar em uma infinidade de tarefas relacionadas a ferrovias, including:

• Vigilância segura.
• Atualizações em tempo real e bilhetagem inteligente.
• Serviços de trem automatizados.
• Trens autônomos.
• Manutenção preditiva.
• Conectividade, controle automatizado de trens & sinalização digital.

Outra atividade que poderia ser impulsionada com digitalização, IA e também blockchain é a logística. Carregar‑descarregar vagões de carga, trocar vagões entre trens, transporte transfronteiriço e interconexão com o transporte rodoviário, tudo poderia ser semi ou totalmente automatizado, tornando o transporte ferroviário de carga muito mais eficiente e econômico.

Túneis

Outra opção que podemos ver é muito mais transporte (incluindo ferroviário) através de túneis. Essa é outra das obsessões pessoais de Elon Musk, com a Boring Company provavelmente fundada tanto para ajudar a resolver o transporte na Terra quanto para construir habitats em Marte.

Isso pode ser uma opção preferida para futuros sistemas hyperloop, já que um túnel será mais estável, menos vulnerável a acidentes e, em geral, mais fácil de manter um vácuo forte do que um tubo suspenso.

Mass drivers

A ideia chave de um mass driver é que uma nave poderia ser enviada à órbita acelerando-a suficientemente no solo, de modo que não precisaria de propulsor a bordo.

Essencialmente, seria um hyperloop, mas com o objetivo de alcançar a velocidade de escape para impulsionar uma espaçonave em órbita sem propulsores a bordo.

A pista de lançamento também precisará ter centenas, senão milhares de quilômetros de comprimento, sendo a região mais promissora a planície tibetana.

Fonte: Acepedia

Talvez não surpreendente, a China já está estudando o desenvolvimento dessa tecnologia, então pode estar mais próxima do que esperamos.

Se bem‑sucedido, poderia reduzir em mais 10 vezes o preço de lançamento orbital já muito reduzido pela SpaceX (SPCX ), com estimativas colocando o custo em apenas US$ 60/kg.

Como observação, esse tipo de sistema poderia ser usado primeiro com modelos de menor tamanho para impulsionar aviões a uma velocidade onde motores scramjet hipersônicos podem operar, permitindo voos hipersônicos muito rápidos.

Portanto, se os hyperloops transcontinentais não forem uma opção economicamente viável, pode ser que o mass driver / hyperloop de lançamento para voo hipersônico ainda utilize essa tecnologia.

Investindo em Tecnologia Relacionada a Trens

Apesar de receber muito menos atenção que a indústria aeroespacial ou os veículos elétricos, trens, maglev e talvez no futuro hyperloop estão na vanguarda da revolução dos meios de transporte da humanidade e da economia.

A China tem liderado até agora, mas o resto do mundo está prestando atenção e buscando expandir massivamente sua capacidade ferroviária também.

Se você não está interessado em escolher empresas relacionadas a trens, também pode olhar para ETFs como SmartETFs Smart Transportation & Technology ETF (MOTO), iShares US Transportation ETF (IYT), ou SPDR S&P Transportation ETF (XTN) que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar na indústria de transporte e ferrovias estrategicamente vital.

Empresas Ferroviárias & de Trens

1. Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

A Siemens é uma empresa forte no setor industrial, com atuação em eletrônicos, indústrias pesadas, infraestrutura, mobilidade e saúde.

Fonte: Siemens

As atividades da empresa em IoT estão distribuídas em vários segmentos, incluindo automação (62% das indústrias digitais totais) e infraestrutura inteligente.

A atividade de saúde foca mais em imagens, análises e robótica, enquanto o segmento de mobilidade está principalmente em trens e infraestrutura ferroviária.

A empresa vê uma grande oportunidade em automação devido à diminuição global da população e à “glocalização” (ou “re‑shoring” da capacidade industrial mais próxima dos mercados finais). A crescente presença de renováveis na rede elétrica também aumenta a demanda por uma “rede inteligente” capaz de lidar com essas fontes de energia mais intermitentes e variáveis.

No nicho em que atua, a Siemens é um concorrente muito forte, ocupando a posição #1 em automação de fábricas, automação ferroviária, automação de redes e software industrial vertical (incluindo 1.300 especialistas em cibersegurança).

Fonte: Siemens

A Siemens é uma ação posicionada para se beneficiar da eletrificação, re‑shoring, IoT, automação, ferrovias e do crescente nível de tecnologia nos processos industriais em geral.

Como líder na fabricação de equipamentos ferroviários, ela se beneficiará diretamente dos investimentos no setor, bem como indiretamente da tendência de reindustrialização.

Graças à sua ampla gama de tecnologias, estará na vanguarda da construção de ferrovias inteligentes, aproveitando sua experiência em automação e IoT de outras indústrias já mais digitalizadas.

2. Alstom (ALO.PA)

A empresa francesa foi uma das primeiras a criar um trem de alta velocidade, que se tornou o mundialmente famoso TGV (“Train à Grande Vitesse”).

Hoje, é a número 1 global em material rodante (veículos de trem, mais de 4.600 vagões/ano), serviços e sistemas turnkey, e número 2 em sinalização, em parte graças à sua aquisição da Bombardier Transportation em 2021.

Fonte: Alstom

A Alstom é a líder em automação de redes ferroviárias, tendo alcançado o nível mais alto de automação, GoA4, nas linhas regionais de trem francesas até 2023.

Fonte: Alstom

Conseguiu isso por meio de sua “Operação Automática de Trem”, que inclui controle automático de trem, proteção e supervisão.

Esse sistema resulta em 45% menos consumo de energia e 30% mais capacidade de passageiros por linha.

Embora líder em seu setor, a empresa teve alguns anos tumultuados em termos de resultados financeiros, começando com um resgate de €3,2 bilhões do governo francês em 2003.

Desde então, o grupo Alstom desinvestiu suas atividades em construção naval e transmissão elétrica para a gigante nuclear Areva em 2004, depois suas divisões de energia e rede para a GE em 2014, e seu negócio de turbinas a gás pesadas para a Ansaldo Energia.

Isso faz da nova Alstom um negócio focado exclusivamente em trens, a partir do complexo conglomerado industrial dos primeiros anos 2000.

O grupo tem trabalhado na reconstrução de sua lucratividade e seu backlog de pedidos, com forte crescimento nas entregas futuras desde 2022.

Fonte: Alstom

No geral, a empresa vê um potencial de mercado de médio prazo de até >€230 bi para o período 2025‑2028, permitindo-lhe escolher quais contratos serão lucrativos, bem como absorver o aumento da capacidade de fabricação da empresa.