Maglev, Hyperloop och framtiden för tåg

Vikten av tåg

Industriell roll

Hela den industriella eran byggdes på en enda teknik: järnvägar och tåg. Genom att skapa ett lågt kostnadsalternativ för att transportera varor inåt landet ökade järnvägar och tåg produktiviteten enormt. Senare tog förbränningsmotorn för bilar och lastbilar och därefter jetmotorn för flygplan förstaplatsen.

Men än idag är varje industriell ekonomi beroende av tåg för att upprätthålla sin tillverkning bortom kustområdena (som stödjs av sjöhandel). Tåg är särskilt avgörande för att flytta råmaterial och massiva industriella produkter som stål, bilar osv.

I vissa fall kan det ta extrema former, som den 704‑kilometer (437 mi) långa järnvägslinjen som förbinder järnmalmscentret i Sahara i Mauretanien, med ett 3‑kilometer långt tåg, som transporterar 200‑300 godsvagnar och totalt över 25 000 ton material i ett enda körning.

Källa: Tourifique

För den delen är tåg‑baserad logistik också avgörande för alla moderna arméer, vilket illustreras av den strategiska järnvägens betydelse i Ukraina‑kriget, där tusentals granater och ammunition transporterades dagligen till frontlinjen.

Höghastighetsresor

Moderna tåg har också utvecklats bortom den massiva tunga industriella arbetskraften för att konkurrera effektivt med motorvägar och flygplatser.

Ingen plats är detta tydligare än i Kina, som har världens mest täta höghastighetsjärnvägsnät. I slutet av 2023 hade nätet en total längd på 45 000 km (28 000 mi), vilket utgör två tredjedelar av världens höghastighetsjärnvägar.

Höghastighetsjärnvägar, med hastigheter i intervallet 200–380 km/h (120–240 mph), erbjuder effektiv transport mellan städer.

Kontrasterande geografi

Tågnät är starkt beroende av offentlig politik och nationella investeringsbeslut. Detta beror på en kombination av faktorer:

• De flesta järnvägsnät är nationaliserade eller oligopol på grund av teknikens centraliserade natur.
• Järnvägar kräver komplexa tillstånd och tvingar ofta markägare att sälja mark eller ge tillträdesrätt för att nya projekt ska bli möjliga.
• De höga investeringskostnaderna för nya järnvägar amorteras över årtionden, vilket gör att de flesta privata investerare är ovilliga att vänta så länge.
• Järnvägar förändrar ofta demografin, ekonomin och den övergripande utvecklingen i hela regioner och urbana centra, vilket gör deras väg högst politisk.

Så det är kanske inte en överraskning att ju mer centraliserad ett lands politik är, desto mer framgångsrika är tågen i att överträffa bilar och motorvägar.

Kina

Kina ligger i toppen av järnvägsnätet. Inte bara har de detta 45 000 km långa höghastighetsjärnvägsnät, utan de har också ytterligare 114 000 km av långsammare järnvägar som är avsedda för lokala områden och industriella anläggningar.

Källa: Reddit

I slutet av 2035 planerar Kina att nå 200 000 kilometer (124 274 mi) järnvägsspår, inklusive omkring 70 000 km höghastighetsjärnväg.

Alla städer med en befolkning på över 200 000 kommer att vara täckta av järnvägsnätet före 2035, och de med en befolkning på mer än 500 000 kommer att kopplas till höghastighetsspår, enligt den senaste planen.

Kina kommer också att främja järnvägsbyggande i områden dominerade av etniska minoriteter, samt i gränsområden och underutvecklade regioner i centrala och västra Kina, för att hjälpa till att minska fattigdomen och återuppliva landsbygden, enligt företaget.

Källa: Reuters / Statligt kinesiskt järnvägsbolag

Samma betydelse av järnväg kan ses i Asien, till exempel Indiens 132 310 km spår, om än av mycket långsammare typ.

Europa

En annan tågvänlig region är Europa, med ett nät på 202 131 km men endast 11,666 km höghastighetsjärnväg, främst beläget i Västeuropa.

EU:s mål är att tredubbla trafiken på höghastighetsjärnväg senast 2050, och ser det som avgörande för ett mer effektivt transportsystem i takt med urbaniseringen.

Källa: Wikipedia

I Europa kan tåg dock halka efter i internationell godstransport, på grund av ett komplext system av flera spänningar (både AC och DC) och signaleringssystem, samt olika spårvidder (avståndet mellan räler), exempelvis Portugal + Spanien som använder egna, och Finland + Baltikum som använder den ryska spårvidden. Trots detta sker 70 % av (främst internationell) godstrafik över de schweiziska Alperna via järnväg.

Källa: Wikipedia

Nordamerika

Slutligen ligger Nordamerika, särskilt USA, efter när det gäller tågnät för passagerare, med mestadels långsamma Amtrak‑tåg och godståg.

USA har dock det största järnvägstransportnätet i världen, med 260 000 km spår (160 000 mi). Historiskt har detta varit nyckeln till USA:s utveckling och västern erövring, särskilt med den första transkontinentala järnvägen där spåren var centrala för att koppla inlandet till kustområdena.

Från ånga till elektricitet

De första tågen drevs av den allra första ångmaskinen, som hämtade sin energi från kol. Detta var en revolution jämfört med det tidigare transportsystemet som bara drevs av vind och djurkraft, och skapade en massiv ekonomisk boom där den infördes. Senare övergick man till diesel för kraftfullare och mindre förorenande lok.

Slutligen nåddes ett nytt stadium med elektrifiering, vilket gjorde att tåget inte längre behövde bära sin egen bränsle, utan istället kunde använda energi som produceras mer effektivt direkt vid kraftverk.

Källa: Mesas Stamps

Elektrifiering öppnade också vägen för tåg som drivs av fossila bränslen, vare sig från kärnkraft eller förnybar energi. Detta gör moderna tåg till ett mycket mindre förorenande alternativ, med ett radikalt lägre koldioxidavtryck.

Exempelvis i Storbritannien, trots att avkarboniseringen av den elektriska sektorn fortfarande släpar efter, släppte varje typ av järnvägstransport, från nationell järnväg till spårvagn och tunnelbana, endast 28–35 gram koldioxidekvivalenter per passagerarkilometer, under elbilar (47 g) och fem gånger mindre än diesel‑ och bensinbilar (170 g).

Källa: Our World In Data

Framtiden för tåg

Maglevs

Långt från en stillastående och åldrande teknik är tågresor i framkant av teknologisk utveckling och elektrifiering.

En nyckelinnovation är maglev‑tåget (magnetisk levitation), som först lanserades kommersiellt 2004. Denna science‑fiction‑liknande teknik låter tågen bokstavligen sväva över spåren.

Det ger några unika fördelar jämfört med vanliga järnvägar och annan markbaserad transport:

• Minskar friktionen avsevärt, vilket minskar de totala energiförlusterna.
• Mindre friktion minskar även värmeproduktionen, vilket möjliggör mycket högre hastigheter.
• Utan kontakt är de enda hastighetsbegränsningarna kopplade till luftmotstånd och maglev‑systemets kapacitet.
• Ingen kontakt skapar en mycket jämn upplevelse, med mycket mindre vibrationer än på stålhjul, även vid mycket höga hastigheter.

Maglev fungerar genom att generera massiva magnetfält med supraledande magneter (utan elektriskt motstånd). För att göra detta måste magneterna kylas till -450 °F / -267 °C.

Källa: Department Of Energy

En annan stor fördel är säkerheten. Maglev‑tåg “drivs” av den kraftförsedda spåret. Två tåg som färdas på samma rutt kan inte komma ikapp varandra och krocka eftersom de alla drivs att färdas med samma hastighet.

På samma sätt kan traditionella tågavspårningar som uppstår på grund av för snäva kurvor inte ske med Maglev. Ju längre ett Maglev‑tåg avviker från sin normala position mellan spårväggarna, desto starkare blir den magnetiska kraften som trycker det tillbaka på plats.

Marknaden för maglev‑tåg uppskattas till 2,17  miljarder USD år 2023 och förväntas växa till 3,13  miljarder USD år 2031, en CAGR på 4,7 %.

Obegränsad hastighet?

Den högsta hastigheten som uppnåtts av ett maglev‑tåg nåddes av Japans JR Central L0‑supraledande maglev, som nådde en topphastighet på 603 kilometer per timme (375 mph) år 2015.

Detta är troligen nära den högsta möjliga gränsen för maglev, på grund av ökande luftmotstånd ju högre hastigheten blir.

I vilket fall som helst skulle en resa över sonisk hastighet (1 235 km/h / 767 mph) skapa en sonisk boom som skulle skada både järnvägsinfrastrukturen och omgivningarna.

Massadoption?

Maglev är fortfarande en relativt sällsynt teknik, där de flesta höghastighetsjärnvägar uppnår sin hastighet med konventionella metoder.

Att i stället satsa på massinstallationer av maglev‑tåg skulle kunna eliminera det mesta behovet av regional flygtransport, exempelvis inom Europa eller över den nordamerikanska kontinenten, eftersom 400–600 km/h kan konkurrera med flyg, särskilt när man tar hänsyn till fördröjningar i samband med flygplatser och påstigning (säkerhetskontroller, bagagehantering osv.).

Och i kombination med avkarboniseringen av elnätet skulle det kunna ha en enorm inverkan på globala koldioxidutsläpp.

De ideala platserna skulle sannolikt vara inom och mellan världens megalopoliser, särskilt på US‑kusterna, norr om Indien, Java (Indonesien) och Västeuropa.

Källa: Pinterest

Hyperloop

Vad händer om maglev‑tåg inte begränsas av sonisk hastighet?

Denna idé kan initialt låta overklig, men det finns ett sätt att undvika att skapa en sonisk boom och lida av överdrivet luftmotstånd: helt enkelt ta bort luften. Detta är konceptet hyperloop, populärt av Elon Musk i ett vitpapper 2013, som föreslog en resa från Los Angeles till San Francisco på endast 30 minuter.

Källa: The Verge

Idén är att kapsla in maglev‑tåget i en avluftad tunnel eller rör. På så sätt kan maglev‑systemet accelerera utan att begränsas av luftmotstånd.

Idén samlade omedelbart en kultliknande följarskara och utvecklades av Hyperloop One, tidigare Virgin Hyperloop. Dock stängde detta företag definitivt 2023, efter att ha fått slut på pengar.

Detta bakslag har lett många till för tidigt att påstå att konceptet är dött, och kallat det (med avsikt) en dröm. Detta var för tidigt, eftersom andra hyperloop‑liknande initiativ nu går framåt.

Hyperloop‑prototyper

Den första är den nederländska Hardt Hyperloop som meddelade att de framgångsrikt testat sitt hyperloop‑fordon i september 2024. Detta är bara bevis på att fordonet rör sig och vakuum upprätthålls, men ett första steg.

Andra aktiva företag i västvärlden är Musk’s Boring Company och italienska HyperloopTT.

I tåg‑entusiastiska Kina har ett maglev‑tåg nyligen klarat ett test i ett 2‑kilometer långt (1,2 mi) rör med låg vakuummiljö i provinsen Shanxi. Detta testades av China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC).

Designen siktar på en hastighet på 1 000 kilometer per timme (621 mph). Systemet har tidigare också nått ett rekord på 623 kilometer per timme (387 mph) i ett test utan vakuum.

Målet är inte bara att stanna vid 1 000 km/h utan att i det långa loppet nå upp till 4 000 km/h.

Teoretiskt skulle det kunna användas för interkontinentala resor och därmed stå i nivå med ännu icke‑existerande kommersiella hypersoniska rymdflygplan, vilket exempelvis skulle göra resan Berlin‑Beijing till endast 2–3 timmar eller LA‑NY till bara 1–2 timmar.

Dock kommer hyperloop‑system att behöva stora framsteg i design och ingenjörskonst för att bli verklighet. Bland de få svårigheterna finns:

• Säker upprätthållning av starkt vakuum längs hela linjen.
  • Detta inkluderar att hantera risken för oönskad plötslig vakuumförlust efter en olycka eller till och med en terroristattack.
• Att säkert och effektivt leverera den enorma mängd energi som systemet kräver.
• Att integrera hyperloop med det befintliga nätet av järnvägar och tågstationer.
• Att bygga dedikerad infrastruktur.
  • De extrema hastigheterna begränsar vägvalen, vilket tvingar hyperloop‑utvecklaren att förlita sig på dyra superbroar och tunnlar för att passera hinder.

Andra innovationer

Tågresor är en teknik som historiskt alltid har gynnats av innovationer i andra industrier. Den utnyttjade först ångmaskinen som användes för att pumpa vatten i kolgruvor, sedan den nyinvestering i dieselmotorn, och därefter elektricitet och supraledande magneter.

Så det är logiskt att betrakta tågens framtid i ett bredare sammanhang av annan teknologisk utveckling.

Högtemperatur‑supraledare

En nyckelkomponent i maglev‑ och hyperloop‑system är behovet av supraledande magneter. Dessa kräver dagens extremt låga temperaturer, vilket är tekniskt svårt och energikrävande.

Detta kan förändras snart, då supraledande material kan kräva mindre kyla eller till och med rumstemperatur. Vi diskuterade deras utveckling och de senaste nyheterna i “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution”.

Om supraledning skulle uppnås vid mycket högre temperaturer skulle maglev bli ett mycket överlägset alternativ till den klassiska höghastighetsjärnvägen.

Det skulle också göra det trivialt att överföra enorma mängder kraft över långa avstånd, vilket skulle göra förnybar energi, hyperloop och andra civilisation‑förändrande teknologier som kärnfusion mycket mer ekonomiska.

AI, självkörande tåg & smarta järnvägar

Automation och AI är andra snabbt utvecklande teknologier. När vi föreställer oss utvecklingen av självkörande bilar som kan hantera den komplexa urbana trafiken, är det logiskt att vi bör uppnå självkörande tåg ännu tidigare. Detta beror särskilt på att tåg opererar i en mycket mer kontrollerad och känd miljö, även om hastigheten är ännu högre.

AI, liksom 5G‑anslutning och IoT (Internet of Things), kan hjälpa till med en mängd järnvägsrelaterade uppgifter, inklusive:

• Säker övervakning.
• Uppdateringar i realtid och smart biljettförsäljning.
• Automatiserade tågservice.
• Selvkörande tåg.
• Prediktivt underhåll.
• Anslutning, automatiserad tågstyrning & digital signalering.

En annan aktivitet som kan stärkas av digitalisering, AI och även blockchain är logistik. Lastning‑avlastning av godsvagnar, växling av vagnar mellan tåg, gränsöverskridande transport och sammankoppling till lastbilstransporter kan alla bli semi‑ eller helt automatiserade, vilket gör järnvägsgodstransport mycket mer effektiv och kostnadseffektiv.

Tunnling

Ett annat alternativ vi kan se är mycket mer transport (inklusive järnväg) genom tunnlar. Detta är en av Elon Musks personliga besattheter, där Boring Company sannolikt grundades för att lika gärna lösa transport på jorden som att bygga habitat på Mars.

Detta kan bli ett föredraget alternativ för framtida hyperloop‑system, eftersom en tunnel är mer stabil, mindre sårbar för olyckor och generellt enklare att hålla ett starkt vakuum i än ett upphängt rör.

Massdrivrutiner

Kärnidén med en massdrivrutin är att en shuttle kan skickas ut i omloppsbana genom att accelerera den tillräckligt mycket på marken så att den inte behöver någon ombordbränsle.

I huvudsak skulle det vara en hyperloop, men med målet att nå flyktfart för att skjuta ett rymdskepp i omloppsbana utan ombordbränsle.

Avfyrningsspåret måste också vara hundratals, om inte tusentals, kilometer långt, med det mest lovande området på tibetanska platån.

Källa: Acepedia

Kanske förvånad, Kina tittar redan på att utveckla sådan teknik, så det kan vara närmare än vi tror.

Om det lyckas, skulle det minska de redan kraftigt sänkta kostnaderna för orbitala uppskjutningar med ytterligare en faktor 10, med uppskattningar på endast 60 USD/kg.

Som en sidonotering skulle denna typ av system först kunna användas med mindre modeller för att skjuta flygplan till en hastighet där hypersoniska scramjet‑motorer kan fungera, vilket möjliggör mycket snabba hypersoniska flygningar.

Så om interkontinentala hyperloop‑system inte är ekonomiskt hållbara, kan massdrivrutin‑/uppskjutnings‑hyperloop för hypersonisk flygning ändå använda denna teknik.

Investering i tågrelaterad teknik

Trots att de får mycket mindre uppmärksamhet än rymd- eller elbilssektorn, är tåg, maglev och möjligen i framtiden hyperloop i framkant av att revolutionera mänsklighetens transportmedel och ekonomi.

Kina har hittills lett vägen, men resten av världen tar notis och ser till att kraftigt expandera sin järnvägskapacitet också.

Om du inte är intresserad av att plocka tågrelaterade bolag kan du också titta på ETF:er som SmartETFs Smart Transportation & Technology ETF (MOTO), iShares US Transportation ETF (IYT) eller SPDR S&P Transportation ETF (XTN) som ger en mer diversifierad exponering för att kapitalisera på den strategiskt vitala transport‑ och järnvägsindustrin.

Järnvägs‑ & tågbolag

1. Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

Siemens är ett starkt företag inom industrisektorn, med verksamhet inom elektronikintensiv industri, infrastruktur, mobilitet och sjukvård.

Källa: Siemens

Företagets IoT‑verksamhet är spridd över flera segment, inklusive automation (62 % av totala digitala industrier) och smart infrastruktur.

Sjukvårdsverksamheten fokuserar mer på bildbehandling, analyser och robotik, medan mobilitetssegmentet främst omfattar tåg‑ och järnvägsinfrastruktur.

Företaget ser en stor möjlighet i automation med den globalt minskande befolkningen och “glocalization” (eller “re‑shoring” av industriell kapacitet närmare slutmarknaderna). Den ökande närvaron av förnybar energi i elnätet ökar också efterfrågan på ett “smart grid” som kan hantera dessa mer intermittenta och variabla energikällor.

Inom den nisch där det är aktivt är Siemens en mycket stark konkurrent, rankad #1 för fabriksautomation, järnvägsautomation, nätautomation och vertikal industriell mjukvara (inklusive 1 300 cybersäkerhetsexperter).

Källa: Siemens

Siemens är en aktie positionerad för att dra nytta av elektrifiering, re‑shoring, IoT, automation, järnvägar och den ökande nivån av teknik i industriella processer generellt.

Som ledare inom tillverkning av järnvägsutrustning kommer den att gynnas direkt av investeringar i sektorn, samt indirekt av trenden mot re‑industrialisation.

Tack vare sitt breda teknikutbud kommer den att vara i framkant av att bygga smarta järnvägar, med sin erfarenhet av automation och IoT från andra redan mer digitaliserade industrier.

2. Alstom (ALO.PA)

Det franska företaget var bland de första att skapa ett höghastighetståg, som blev världskänt som TGV (“Train à Grande Vitesse”).

Idag är det globalt #1 inom rullande materiel (tågfordon, 4 600+ tågfordon/år), tjänster och turnkey‑system, samt #2 inom signalering, delvis tack vare förvärvet av Bombardier Transportation 2021.

Källa: Alstom

Alstom är ledande inom automatisering av tågnet, med att ha uppnått den högsta automationsnivån, GoA4, på franska regionaltågslinjer 2023.

Källa: Alstom

Det har uppnåtts genom deras “Automatic Train Operation”, som inkluderar automatisk tågstyrning, skydd och övervakning.

Detta system resulterar i 45 % mindre energiförbrukning och 30 % mer passagerarkapacitet per linje.

Trots att de är ledande i sin bransch har företaget haft några turbulenta år vad gäller finansiella resultat, med en €3,2 miljard räddningspaket från den franska staten 2003.

Sedan dess har Alstom-gruppen sålt sina verksamheter inom skeppsbyggnad och elöverföring till kärnkraftsjätten Areva 2004, samt sina kraft‑ och nätdivisioner till GE 2014, och sin tunga gasturbinverksamhet till Ansaldo Energia.

Detta gör den nya Alstom till ett enbart tåg‑fokuserat företag, från det komplexa industriella konglomeratet i början av 2000‑talen.

Gruppen har arbetat med att återuppbygga sin lönsamhet och sin orderbok, med stark tillväxt i framtida leveranser sedan 2022.

Källa: Alstom

Sammanfattningsvis ser företaget upp till >€230 bn potentiell marknad på medellång sikt för perioden 2025‑2028, vilket gör att de kan välja vilka kontrakt som blir lönsamma samt absorbera den ökade produktionskapaciteten.