Hur kommer framtidens persontåg att se ut?

När den skotske kinesiske forskaren James Legge våren 1873 lämnade Shanghai till Peking tog resan honom två veckor. Först kom han till Tianjin med båt och sedan med mula till den kinesiska huvudstaden. I dag tar samma resa på 1200 20 mil drygt fyra timmar med höghastighetståg. Flygningen mellan de två städerna tar två timmar och XNUMX minuter. När det gäller Europa finns det höghastighetståg Frecciarossa från Milano till Rom, som kan nå destinationen på mindre än tre timmar, och från Tokyo till Osaka - höghastighetståg Shinkansen - två och en halv timme.

Människor har aldrig rest så snabbt och enkelt som de gör idag. Men denna bekvämlighet har ett pris: transporter står för 20 % av de globala koldioxidutsläppen, och under de senaste tre decennierna har andelen koldioxidutsläpp från transporter ökat snabbare än från någon annan källa. Detta är särskilt sant flygtransporter, varav utsläppen ökade snabbare än från järnvägs- eller vägtransporter. I detta sammanhang uppstår frågan: är det möjligt att resa i höga hastigheter utan att döda planeten? Och i så fall, hur?

Snabbare, renare, grönare och utrustad med avancerad teknik är järnväg den enda transportformen som för närvarande har alla möjligheter att bli grunden för att möta våra framtida mobilitetsbehov. Med 200-årsjubileet av den första passagerarjärnvägen som närmar sig 2025, är tåg viktigare än någonsin för att säkerställa hållbar rörlighet i en värld som står inför utmaningarna med klimatförändringar, ökande urbanisering och befolkningstillväxt. Världens stadsbefolkning växer med en hastighet av två personer per sekund, vilket skapar 172800 90 nya stadsbor varje dag. Medan vissa regioner i världen, som Europa och Japan, upplever befolkningsminskning, förväntas XNUMX % av befolkningstillväxten ske i städer och megastäder i utvecklingsländer.

För att flytta dessa snabbt växande städer, regioner och metropoler är effektiv kollektivtrafik inte bara önskvärd, utan nödvändig.

Hur snabba kan höghastighetståg vara?

Snygga nya "höghastighetståg" slår ofta upp i rubrikerna när nätverket av linjer i Europa och Asien fortsätter att växa, med nya linjer planerade eller redan under uppbyggnad i länder som Frankrike, Tyskland, Spanien, Indien, Japan och mycket större skala, i Kina, där höghastighetsnätverket kommer att nå 2025 50000 km år XNUMX.

När den kontroversiella linjen High Speed ​​​​2030 (HS2) är klar i början av 2-talet på grund av budgetöverskridanden och sårbara landskap, kommer England att ha världens snabbaste reguljärtåg, som normalt går i 362 km/h, men kan utveckla en hastighet på uppåt. till 400 km/h.

Genom att kombinera japansk höghastighetstågteknik med brittisk design kommer HS2-flottan på 2,5 miljarder dollar att revolutionera långdistansresor mellan London och engelska Midlands och städer i norr. Överföringen av långdistanstjänster till HS2 kommer också att frigöra välbehövlig kapacitet på befintliga järnvägar för att transportera fler lokala passagerare och gods.

Men efter flera decennier av drift har länder som Frankrike, Japan och Kina kommit fram till att fördelarna med att köra höghastighetståg i hastigheter över 320 km/h uppväger de betydligt högre underhålls- och energikostnader de åsamkas. Nu är de erkända ledarna för höghastighetståg i Japan och Kina inte begränsade till tekniken "stål på stål", utan utvecklar tåg som kan utveckla hastigheter på upp till 600 km/h.

Konceptet med höghastighetståg som kör på speciella spår med hjälp av magnetisk levitation (maglev) har utpekats som "färdens framtid" i mer än 50 år, men bortsett från några experimentella linjer och en kinesisk rutt som förbinder Shanghais centrum med flygplatsen , det har förblivit så mestadels teoretiskt.

Men inte länge. Japan investerar 72 miljarder dollar i Chuo Shinkansen-projektet, som kommer att vara kulmen på mer än 40 år av maglevutveckling. Den 286 kilometer långa linjen kommer att förbinda Tokyo och Naga på bara 40 minuter och kommer så småningom att sträcka sig till Osaka, vilket minskar den 500 kilometer långa resan från huvudstaden till 67 minuter. Bygget påbörjades 2014 och förväntades ursprungligen vara klart 2027 (med linjen Nagoya-Osaka som öppnade tio år senare), men problem med att få tillstånd för en del av linjen gör att öppningsdatumet för närvarande är okänt. Förseningar och enorma kostnadsöverskridanden har fått många att ifrågasätta projektets ekonomiska värde.

Sådana svårigheter kommer sannolikt inte att uppstå i Kina, som också bygger magnetiska transportlinjer som ett alternativ till kortdistansflyg och för att ge blixtsnabba resor genom sina tätbefolkade stadsområden. Kina planerar att skapa "tre timmars trafikcirklar" runt sina större städer, och förvandla kluster av städer till ekonomiska kraftpaket.

Mer än 120 miljoner människor bor redan i södra delen av världens folkrikaste land, Pearl River Delta-regionen som omfattar Hongkong, Guangzhou och Shenzhen. Kinesiska planerare hoppas kunna slå samman nio städer i regionen för att skapa en tätort på 26000 XNUMX kvadratkilometer. Rutter med magnetiska kuddar planeras för rutterna Shanghai-Hangzhou och Chengdu-Chongqing, liksom många andra, om de visar sig vara framgångsrika.

I andra länder i världen kan enorma kostnader och bristen på integration med befintliga järnvägar bli ett hinder för fortsatt spridning av maglev-teknik. Kina, som redan kämpar med trängsel och föroreningar i sina tätbefolkade städer, öppnade 2021 nya tunnelbanelinjer på totalt 29 km bara i december 582. Många andra länder med växande städer måste snart följa efter om de inte vill bli överväldigade.

Men för att möta dessa förväntningar kommer järnvägsbranschen att behöva röra sig snabbt i flera riktningar för att leverera betydligt större kapacitet, större effektivitet, tillförlitlighet och överkomliga priser.

Obemannade tåg

Automatiserad trafik har funnits i årtionden – Londons tunnelbanas Victoria-linje har delvis drivits på detta sätt sedan den öppnade 1967 – men är vanligtvis begränsad till autonoma linjer med identiska tåg som kör med fasta intervaller.

Under de senaste åren har Kina lett vägen inom förarlösa järnvägar, särskilt genom att introducera världens enda autonoma höghastighetståg som går i hastigheter på upp till 300 km/h mellan Peking och vinter-OS 2022. Japan experimenterar också med "kultåg" som kan färdas autonomt från terminaler till depåer för underhåll, vilket frigör förare att köra mer lönsamma tåg.

Att köra förarlösa tåg på autonoma linjer är dock en sak. Att säkerställa deras säker drift på traditionella järnvägar för blandad användning, där passagerar- och godståg med mycket olika egenskaper, hastigheter och vikter blandas, är mycket svårare.

Big data och det så kallade Internet of Things kommer att tillåta transportsätt att interagera med varandra och med miljön, vilket banar väg för mer integrerade, intermodala resor. Intelligenta robotar kommer att spela en större roll i inspektionen av infrastruktur som tunnlar och broar, samt i effektivt underhåll av åldrande strukturer.

Påverkan på miljön

Trots sin bevisade miljövänlighet jämfört med flyg har järnvägarna fortfarande en lång väg kvar att gå för att minska sina egna koldioxidutsläpp och föroreningar från dieselmotorer. I linje med FN:s klimatmål har många länder förbundit sig att fasa ut dieseltåg till 2050 eller ännu tidigare.

I Europa och många delar av Asien är de flesta av de mest trafikerade linjerna redan elektrifierade, men situationen varierar från nästan 100 % elektrifiering i Schweiz till mindre än 50 % i Storbritannien och nästan noll i vissa utvecklingsländer. Nordamerika domineras av diesel – särskilt på de dominerande godsjärnvägarna – och det finns inte samma aptit för elektrifiering som i Europa och Asien.

Batteritekniken ser ut att spela en viktig roll för att komma bort från "smutsiga dieslar" både för tunga transporter och tysta passagerarvägar där full elektrifiering inte kan motiveras. Många batteridrivna prototyper testas för närvarande eller under utveckling, och allt eftersom tekniken går framåt bör järnvägens beroende av diesel börja minska före slutet av detta decennium.

För andra är väte ett stort hopp för avkarboniseringen av järnvägstransporter. Grönt väte som skapas i speciella anläggningar som använder förnybara elkällor kan användas för att driva bränsleceller som driver elmotorer.

Franska tågtillverkaren Alstom leder vägen med sitt Coradia iLint väteelektriska tåg, som transporterade sina första passagerare 2018, vilket banade väg för produktionsversioner som nu är under uppbyggnad för flera europeiska länder.

Järnvägar runt om i världen står också inför utmaningar relaterade till naturkatastrofer. Nya och ombyggda järnvägar utformas alltmer med ett förändrat klimat i åtanke: förbättrad dränering, miljöskydd och återställande av naturlandskap spelar en roll för att öka säkerheten och tillförlitligheten för järnvägar.

Samtidigt har medvetenheten om de miljöskador som flygresor orsakat redan lett till ett återupplivande av tågresor över natten i Europa.

Hyperloop: framtidens tåg. Eller inte?

På tal om framtidens tåg borde vi förstås tala om Hyperloop-tekniken. Att använda ett vakuum för att färdas med en hastighet på mer än 1000 km i timmen - det är vad vi pratar om. Enligt många kommer det att revolutionera sättet vi rör oss på. Men det finns rimliga tvivel. Enkelt uttryckt är det här ett tåg i en tub. Det fungerar genom att eliminera två faktorer som saktar ner fordon: luft och friktion. Hyperloop-systemet består av två huvudelement: rör och kapslar. Rören är nästan vakuum. Kapslar är trycksatta fordon som rör sig inuti rör. Tanken är att använda permanentmagneter på fordonet.

Liksom järnvägsvagnar åker också skida i konvojer. Medan tågvagnar ansluter till varandra kan Hyperloop-kapslar resa till olika destinationer. Som när du kör på motorvägen kan var och en av dem lämna vägen och ändra rörelseriktningen. De kan ansluta sig till kolumnerna eller lämna dem beroende på i vilken riktning de är på väg. Hyperloop transportsystem är helt elektriska. Förutom motorerna används en uppsättning magneter för att trycka på kapslarna varje kilometer. Den nästan fullständiga frånvaron av luftmotstånd och friktion gör att det inte finns något behov av ett permanent framdrivningssystem. Därför krävs mindre energi.

2013 publicerade Elon Musk ett tekniskt dokument där han beskrev funktionen hos ett vakuumrörstransportsystem. Sedan dess har flera team runt om i världen börjat arbeta med detta mobilitetskoncept.

Hyperloop är fortfarande en stor ingenjörsutmaning. Även om det har visat sig genomförbart på papper finns det i praktiken många fler utmaningar. Utöver de betydande startkostnaderna kommer rörtätning att kräva betydande underhållskostnader. Hyperloop-banor är gjorda av stål, som expanderar och drar ihop sig beroende på utetemperaturen. Detta resulterar i lösa leder. Detta kan leda till betydande underhållskostnader. En annan punkt är förvärvet av mark. Dessutom måste många aspekter av säkerheten fortfarande redas ut – det kan vara mycket farligare att resa om det blir fel. En så hög hastighet kan orsaka yrsel för passagerarna som också kommer att ha begränsat utrymme att röra sig under resan.

Flera grupper i Europa och världen arbetar med Hyperloop-applikationer. Men utmaningarna att övervinna – finansiering, säkerhet och mark – är fortfarande stora hinder för Hyperloop-utbyggnaden. Tills de är lösta kommer idén att resa i ett rör att förbli en dröm.

Visnovki

Man räknar med att år 2050 kommer passagerar- och godsjärnvägar att utgöra stommen i våra transportnät, och långväga rutter mellan multimodala knutpunkter kommer att ingå i lokala nätverk. Med det nödvändiga politiska och tekniska stödet kommer järnvägen också att spela en allt större roll i internationella transporter, vilket ger ett högkvalitativt alternativ till vägtransporter och flygresor på korta avstånd.

Under överskådlig framtid kommer investeringar runt om i världen fortfarande till stor del att baseras på traditionella stål-på-stål-järnvägar. Det finns ingen anledning att tvivla på att den kommer att fortsätta att definiera järnvägstransporternas framtid i decennier framöver – precis som den har gjort i nästan 200 år.

Tja, det här är alla sätt vi en dag kan ta oss runt utan att skada miljön. Men för nu är framtiden redan här: höghastighetståg erbjuder ett snabbt och koldioxidsnålt sätt att resa mellan städer. Om James Legge skulle resa till Peking idag, skulle han inte behöva ett skepp, och han skulle absolut inte behöva en mula. Han skulle bara sätta sig på tåget.

Läs också:

• Hur framtidens passagerarplan kommer att se ut
• 6 interkontinentala ballistiska missiler (ICBM) som kan göra slut på världen