Hyperloop: Zo werkt de supersnelle trein van de toekomst
Halverwege 2012 toont multimiljardair Elon Musk zijn recentste én meest futuristische wapenfeit: een trein die met hoge snelheid als een kogel door een buis schiet. Na de ruimtevaart- en auto-industrie wil Musk ook de treinwereld op zijn kop zetten met de 'Hyperloop'. Hoe staat het daar nu mee?
Elon Musk noemt de Hyperloop 'de vijfde methode van transport', waarbij hij verwijst naar (vracht)auto's, treinen, vliegtuigen en boten. In werkelijkheid is de Hyperloop vooral een verbetering van die tweede, want het concept dat Musk voor zich ziet is niets minder dan een modernere versie van hogesnelheidstreinen die nu ook al bestaan. De Hyperloop moet van de ene naar de andere plek reizen, en tussendoor niet stoppen.
De 'loop' in dat woord staat voor de lus waarin de trein moet reizen, van de ene stad naar de andere en weer terug. Aanvankelijk noemt Musk een Hyperloop tussen Los Angeles en San Francisco, waarbij een ritje 35 minuten zou moeten duren.
In Nederland werkt onder andere een team van de TU Delft aan een eigen Hyperloop-systeem waarmee je in theorie van Amsterdam naar Parijs kunt reizen in ongeveer dezelfde tijd. Dat gaat zo goed dat men daar onlangs in de prijzen viel, bij een Hyperloop-wedstrijd die door Musks SpaceX zelf werd georganiseerd.
Luchtweerstand
Het belangrijkste probleem dat de Hyperloop moet oplossen is luchtweerstand. Die zorgt bij hogesnelheidstreinen namelijk voor meer dan 95 procent van het energieverbruik tijdens de reis, dus als die weg is kan kun je de snelheid veel makkelijker opvoeren. Dat betekent dat de Hyperloop door een tunnel moet rijden waar een kunstmatig vacuüm wordt gecreëerd met luchtpompen over de hele lengte van de baan.
Het probleem daarbij is wel dat het moeilijk is om een absoluut vacuüm te maken over lange afstanden, en al helemaal als je daar een station bij moet maken. Daarom wordt het kunstmatige vacuüm vooral gebruikt tijdens de eerste experimentele fase van het bouwen (met een korte baan), en wordt in het uiteindelijke ontwerp van de Hyperloop gewerkt met een baan waar de luchtdruk wordt verlaagd tot slechts één millibar.
©PXimport
Het verminderen van luchtweerstand is niet het obstakel. Er moet ook een manier worden gevonden waarop de trein überhaupt gaat rijden. Theoretisch gezien maakt het opvallend weinig uit welke technologie je daarvoor gebruikt. Een eeuw geleden probeerden bedrijven treinen steeds verder op te voeren met uiteenlopende technieken (zoals treinen met een grote propeller achterop), maar uiteindelijk bleek de meest efficiënte manier van snel rijden toch traditionele stalen rails te zijn, in combinatie met een elektrische aandrijving. Dat is ook vandaag de dag nog de methode die de meeste Hsl’s gebruiken.
MagLev
Er zijn echter praktische bezwaren tegen het gebruik van stalen rails voor hogere snelheden. Boven de 250 km/u krijgen zulke rails bijvoorbeeld significant veel last van slijtage. Bovendien worden imperfecties in de rails met hoge snelheden uitvergroot, en is het moeilijk die imperfecties weg te poetsen.
Daarom wordt bij de Hyperloop gekozen voor een andere techniek: maglev, of 'magnetic levitation'. Daarbij zweeft de trein als het ware over de rails. Er zijn twee soorten maglev-technologie: Elektromagnetische, en elektrodynamische ophanging. Het verschil is dat bij die laatste de trein tot een snelheid van 30 kilometer per uur op wielen rijdt, waarna de maglev-techniek het overneemt.
Door de Maglev-techniek worden treiner lichter en efficiënter
Maglev-technologie heeft een aantal voordelen. De trein heeft bijvoorbeeld minder last van schommelingen op het spoor. Er is echter ook een ander, groter voordeel: met maglev-ophanging kan de rails zelf ook zorgen voor aandrijving van de trein. Dat gebeurt bijvoorbeeld al bij Japanse treinen, waar speciale elektromagnetische spoelen zijn ingebouwd in de rails. In de trein zelf zitten supergeleidende magneten met de tegenpool, waardoor de trein tijdens het rijden iedere meter meer vaart op doet door de voorstuwing van de magneten. Bijkomend voordeel daarvan: de trein wordt ook een stuk lichter, en daarmee efficiënter.
Uitdagingen
Het is helaas ook een stuk duurder. De huidige maglev-rails met magnetische aandrijving kosten op dit moment niet minder dan 185 miljoen euro per kilometer. Daar is het ontwerp van de treinen zelf niet eens in meegenomen. Er staat echter tegenover dat een maglev-trein veel minder slijtage veroorzaakt, omdat de trein nooit contact maakt met de rails zelf.
Er zijn nog meer obstakels voor een Hyperloop-trein echt realistisch wordt. Zo zijn er veel veiligheidsrisico's waar het al snel mis kan gaan met zo'n trein. Omdat de ruimte tussen de capsule en de tunnel bij een Hyperloop slechts een paar millimeter groot is, kan zelfs de kleinste trilling van de aarde al catastrofaal zijn. Dat is geen fijn vooruitzicht in gebieden waar een hoog risico op aardbevingen is – juist zoals rondom San Francisco. Bovendien is het noodplan voor een Hyperloop-rit nog niet goed uitgedacht. Een trein die stilvalt in een tunnel kan niet makkelijk worden bereikt, en door de ontbrekende luchtdruk lopen passagiers er extra gevaar.
Verschillende bedrijven en instanties werken er op dit moment aan om de Hyperloop realiteit te maken. Dat gebeurt onder andere op een testtraject in Hawthorne, waar ook Musks SpaceX-complex staat. Daar wordt een tunnel aangelegd van zo'n anderhalve kilometer, waar een kunstmatig vacuüm van 99,8 procent wordt gecreëerd. Teams, onder andere van de TU Delft, kunnen hun ontwerpen daar straks gaan testen. Vooralsnog blijft het echter bij tests.
