Magneetzweeftreinen – Maglev technologie

Vervoer speelt in onze samenleving een grote rol. Niet alleen grotere afstanden die moeten worden overbrugd, maar ook snelheid zijn aspecten waar veel over geschreven wordt. Daarnaast maakt men zich zorgen over het milieu, lawaai en landschapsvervuiling door de aanleg van wegen, spoorlijnen en uitbreiding van vliegvelden. Al enige decennia wordt er nagedacht over magneetzweeftreinen. Deze treinen bieden vele voordelen ten opzichte van de huidige treinen en het Europese luchtverkeer.

Historie
De evolutie van het massatransport heeft de menselijke beschaving fundamenteel veranderd. Rond 1860 veranderde een transcontinentale spoorwegmaatschappij de maandenlange slag door heel Amerika in een reis van een week. Slechts enkele decennia later maakten personenauto’s het mogelijk om veel sneller over het platteland te stuiteren dan te paard. En natuurlijk begonnen rond de Eerste Wereldoorlog de eerste commerciële vluchten onze reizen helemaal opnieuw te transformeren, waardoor reizen van land naar land een kwestie van uren waren.
De eerste patenten voor magnetische levitatie (Maglev) -technologieën werden begin 1910 door de in Frankrijk geboren Amerikaanse ingenieur Emile Bachelet ingediend. Zelfs daarvoor, in 1904, had de Amerikaanse professor en uitvinder Robert Goddard een artikel geschreven over het idee van maglev. Het duurde niet lang voordat ingenieurs treinsystemen begonnen te plannen op basis van deze futuristische visie. Al snel geloofden ze ook dat passagiers in magnetisch aangedreven treinen zouden stappen en met hoge snelheid van plaats naar plaats zouden rijden, zonder veel onderhouds- en veiligheidsproblemen van traditionele spoorwegen.

Hogessnelheidslijn – HSL
Al in 1973 werd door het kabinet-Den Uyl gesproken over een HSL-spoorlijn in Nederland. Het duurde tot 1988 tot de NS drie HSL-projecten opstartte: de HSL-Zuid, HSL-Oost en HSL-Noord (Zuiderzeelijn). De HSL loopt gedeeltelijk langs bestaand spoor.
In Frankrijk is in 1983 de TGV (Train à Grande Vitesse) gerealiseerd. De lijn liep van Parijs naar Lyon. De TGV ging zich al snel aansluiten op banen van buurlanden. Zo is in 1994 een tunnelbaan gereedgekomen onder het Kanaal, de zogenaamde Eurostar, die Parijs met Londen verbindt. De reistijd tussen beide steden bedraagt 2 uur en 15 minuten, waardoor de dienst rechtstreeks kan concurreren met luchtvaartmaatschappijen. Eurostar reist ook in minder dan twee uur tussen Londen en Brussel door verbinding te maken met een TGV-route tussen Parijs en Brussel. In Nederland is er een verbinding tot stand gekomen met de hogesnelheidslijnen Amsterdam-Brussel-Parijs-Londen.
Vanaf €40 rijdt men met de HSL in nog geen drie uur van Amsterdam naar Parijs.

Maglev-treintechnologie
Het woord Maglev is een afkorting voor Magnetische Levitatie (latijn: levare = optillen; het laten zweven van een object). Maglev-treinen drijven op een luchtkussen en elimineren wrijving. Dit gebrek aan wrijving en de aerodynamische ontwerpen van de treinen zorgen ervoor dat deze treinen ongekende snelheden bereiken van meer dan 310 mph (500 km/u), ofwel twee keer zo snel als de snelste forenzentrein van Amtrak.
Ter vergelijking: een commercieel vliegtuig, zoals de Boeing-777 dat wordt gebruikt voor langeafstandsvluchten, kan een topsnelheid bereiken van ongeveer 562 mph (905 km/u). Ontwikkelaars zeggen dat Maglev-treinen in de toekomst steden met een onderlinge afstand van maximaal 1.000 mijl (1.609 kilometer) zullen verbinden.
Met 310 km per uur reist men in iets meer dan twee uur van Parijs naar Rome.
Sommige Maglev-treinen kunnen nog hogere snelheden bereiken. In oktober 2016 bereikte een Japanse Maglev-trein een snelheid van 374 mph (601 km / u) tijdens een korte rit. Dat soort snelheden geven ingenieurs de hoop dat de technologie nuttig zal blijken te zijn voor routes die honderden kilometers lang zijn.
Eind vorige, begin deze eeuw waren er een paar landen, die krachtige elektromagneten gebruiken om hogesnelheidstreinen te ontwikkelen. Deze treinen zweven over geleidingen met behulp van de basisprincipes van magneten om het oude stalen wiel en rupsbanden te vervangen. Er is geen sprake van spoorwrijving, wat betekent dat deze treinen snelheden van honderden kilometers per uur kunnen bereiken.

Wat is het verschil tussen HSL-treinen en Maglev-treinen?
De HSL-trein rust op het spoor, terwijl de Maglev-trein boven het spoor zweeft.

• HSL-treinen rijden op elektriciteit (op enkele uitzonderingen na, die op diesel rijden). Momenteel zijn de meeste HSL-treinen EMU (Electric Multiple Unit)-treinstellen. De stroomafnemer van een trein verzamelt de elektriciteit, die vervolgens wordt gebruikt om de inductiemotoren aan te drijven, die op hun beurt de wielen aandrijven;
• Bij Maglev wordt de elektriciteit gebruikt om sommige elektromagneten van stroom te voorzien. Er zijn twee verschillende technologieën om de treinen te laten zweven:
  1. de Duitse Maglev-technologiemagneten, die aan de trein zijn bevestigd, worden aan de onderzijde aangetrokken door de onderkant van de lijn, waardoor de trein omhoog wordt getrokken, doordat de magneten elkaar aantrekken. Dit noemt men het EMS (Electromagnetic Suspension)-technologie;
  2. de Japanse Maglev-technologie duwen de magneten aan de bovenkant van de lijn de trein omhoog, doordat de magneten elkaar afstoten. Dit noemt men EDS (Electrodynamic Suspension)-technologie.

Een ander stel magneten wisselt zichzelf af tegenover het in de lijn aangebrachte stel magneten, wat resulteert in afwisselend duwen en trekken van de trein om de trein voort te stuwen.

Verschil Duitse en Japanse techniek
Naast het verschil in plaatsen van magneten, is er nog een belangrijk verschil tussen de Japanse en Duitse Maglev-treintechnologie. De Japanse treinen zijn supergekoelde, supergeleidende elektromagneten. Dit soort elektromagneet kan elektriciteit geleiden, zelfs nadat de voeding is uitgeschakeld. Door de coils op koude temperaturen te koelen, bespaart het Japanse systeem energie. Het cryogene systeem dat wordt gebruikt om de spoelen te koelen, kan echter duur zijn en aanzienlijk bijdragen aan de bouw- en onderhoudskosten.
In het EMS (Duitse)-systeem, dat standaard elektromagneten gebruikt, geleiden de spoelen alleen elektriciteit als er een voeding aanwezig is.
Een ander verschil tussen de systemen is dat de Japanse treinen bijna 10 centimeter boven de geleiding zweven. Een potentieel nadeel bij het gebruik van dit EDS-systeem is dat Maglev-treinen op rubberen banden moeten rollen totdat ze een opstijgsnelheid van ongeveer 150 km/u bereiken.
Japanse ingenieurs zeggen dat de wielen een voordeel zijn als een stroomstoring het systeem zou uitschakelen. Ook zouden passagiers met pacemakers moeten worden afgeschermd van de magnetische velden die worden opgewekt door de supergeleidende elektromagneten.

Voordelen
Het grote verschil tussen een Maglev-trein en een conventionele trein is dat Maglev-treinen geen motor hebben, althans niet het type motor dat wordt gebruikt om treinstellen over stalen sporen te trekken. De motoren van Maglev-treinen is vrij onopvallend. In plaats van fossiele brandstoffen te gebruiken, wordt het magnetische veld gecreëerd door de geëlektrificeerde spoelen in de geleidewanden en het spoor gecombineerd om de trein voort te stuwen, daarnaast:

• Zeer is hoge snelheid alleen te behalen met Maglev-treinen;
• Door ondersteuning van het gehele oppervlak, waardoor er geen grote overspanning is, kunnen de voertuigen lichter worden uitgevoerd;
• Doordat de Maglev-baan gemonteerd wordt op palen, neemt het op de grond betrekkelijk weinig ruimte in beslag;
• Maglev kunnen sneller optrekken en afremmen, waardoor er meer stations kunnen worden aangedaan;
• Bij snelheden tot 350 km/uur zijn de stroomkosten beduidend lager dan van een gewone trein;
• Aanrijdingen zijn vrijwel uitgesloten;
• Omdat de treinen het spoor niet raken veroorzaken ze geen lawaai;
• Maglev-treinen hebben minder mechanische storingen door minder trillingen en wrijvingen. Hierdoor zijn er ook minder weersgerelateerde vertragingen.

Maglev ontwikkeling
Hoewel Maglev-transport meer dan een eeuw geleden voor het eerst werd beschreven, werd de eerste commerciële Maglev-trein pas realiteit in 1984, toen een Maglev-shuttle met lage snelheid operationeel werd tussen het Birmingham International treinstation van het Verenigd Koninkrijk en een luchthaventerminal van Birmingham International Luchthaven. Sindsdien zijn verschillende Maglev-projecten gestart, gestopt of volledig verlaten. Er zijn op dit moment zes commerciële Maglev-lijnen en deze bevinden zich in Zuid-Korea, Japan en China.

Kosten
Het feit dat Maglev-systemen snel, soepel en efficiënt zijn, verandert niets aan het feit, dat deze systemen ongelooflijk duur zijn om te bouwen. Amerikaanse steden van Los Angeles tot Pittsburgh en San Diego hadden plannen voor een Maglevlijn in de maak, maar de kosten van het bouwen van dit transportsysteem (ongeveer $ 50 miljoen tot $ 200 miljoen per mijl) waren te kostbaar. Hierdoor zijn deze voorgestelde projecten afgeblazen. Volgens sommige critici kosten Maglev-projecten wel vijf keer zoveel als traditionele spoorlijnen. Doch voorstanders wijzen erop dat de exploitatiekosten van deze treinen in sommige gevallen tot 70 procent lager zijn dan de huidige treintechnologie.
Naast de bouwkosten is er nog een factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwikkelen van Maglev-railsystemen, het gebruik van zeldzame aardelementen (scandium, yttrium en 15 lanthaniden), die vrij duur kunnen zijn om te verkrijgen en te verfijnen. Magneten gemaakt van zeldzame aardmetalen produceren echter een sterker magnetisch veld dan ferriet (ijzerverbindingen) of alnico (legeringen van ijzer, aluminium , nikkel , kobalt en koper ) -magneten om de treinwagons over een geleiding te tillen en te geleiden.

Aanleg Meglev-treinbanen
In de loop der jaren zijn verschillende treinsystemen met Maglev ontwikkeld, waarvan de meeste over relatief korte afstanden rijden. Verschillende commerciële Maglev-systemen zijn momenteel in gebruik over de gehele wereld. Met name werkt men in Azië aan dit futuristische systeem.

• Tussen 1984 en 1995 werd het eerste commerciële Maglev-treinsysteem ontwikkeld in Groot-Brittannië als een shuttle tussen de luchthaven van Birmingham en een nabijgelegen treinstation, op ongeveer 600 meter afstand;
• Duitsland bouwde een Maglev-trein in Berlijn (de M-Bahn) die in 1991 begon te rijden om een gat in het openbaar vervoerssysteem van de stad te overbruggen dat werd veroorzaakt door de Berlijnse Muur; de M-Bahn werd echter in 1992 ontmanteld, kort nadat de muur was afgebroken;
• De Wereldtentoonstelling 1986 (Expo 86) in Vancouver omvatte een kort gedeelte van een maglev-treinsysteem op het beursterrein;
• De Koreaanse Rotem Maglev loopt in de stad Taejeŏn tussen het Taejeŏn Expo Park en het National Science Museum, een afstand van 1 km (0,6 mijl). Het langste commerciële Maglevsysteem bevindt zich in Shanghai. Het beslaat ongeveer 30 km (18,6 mijl) en loopt van het centrum van Shanghai naar Pudong International Airport. Japan heeft echter plannen om tegen het midden van de 21e eeuw een systeem voor lange afstanden te creëren dat met elkaar in verbinding staat van Osaka naar Tokio, een afstand van 514 km (319 mijl);
• In Aichi, Japan, in de buurt van Nagoya, is een systeem, gebouwd voor de Wereldtentoonstelling van 2005, nog steeds actief. Het is ongeveer 9 km (5,6 mijl) lang, met negen haltes over die afstand en bereikt snelheden van ongeveer 100 km (62 mijl) per uur. Verder werkt Japan koortsachtig aan een route van Tokio naar Osaka die tegen 2037 kan worden geopend. Als deze is voltooid, zal de trein de bijna drie uur durende reis verkorten tot slechts 67 minuten;
• China overweegt serieus tientallen potentiële Maglevroutes, allemaal in drukke gebieden die massatransport met hoge capaciteit vereisen. Dit zullen geen hogesnelheidstreinen zijn. In plaats daarvan verplaatsen ze veel mensen over kortere afstanden bij lagere snelheden. China produceert echter al zijn eigen Maglev-technologieën en staat op het punt een derde generatie Maglev te onthullen met een topsnelheid van ongeveer 125 mph (201 km/u) en is, in tegenstelling tot eerdere versies, volledig stuurloos en vertrouwt in plaats daarvan op computersensoren voor accelereren en remmen (het land heeft al enkele Maglev-treinen in gebruik, maar ze hebben nu nog een bestuurder nodig.)
• De Verenigde Staten hebben geen commerciële Maglev-treinen, maar verschillende prototypesystemen bestaan of zijn in aanbouw.

Toekomstige toepassing
Door na te denken over de toekomst en samen te werken met de Maglev-technologie, zullen onderzoekers nieuwe ideeën op het gebied van transport afdwingen. Geautomatiseerde rijdende voertuigen kunnen worden gebouwd met geavanceerde technologie en gevarieerd mogelijke manier zodat het een groot aantal passagiers kan vervoeren met een snelheid hoger dan 360 km/u. Dus in de toekomst is een zeer efficiënte transportfaciliteit een van de belangrijkste doelstellingen van de Maglev-technologie.
Voordelen van magnetische levitatie / Maglev-technologie:

• Maglev-transport met hogesnelheidstechnologie wordt in de geautomatiseerde magnetisch zwevende voertuigen gebruikt voor efficiëntie.
  Magnetic Levitation Technology zorgt voor een ruisvrije omgeving;
• Alle systemen van deze geautomatiseerde Maglev-machines hebben geen besturingsstation nodig omdat ze worden bestuurd met behulp van computers;
• Maglev-voertuigen zijn hoofdzakelijk lichtgewichtmachines met een gelijkmatig verdeeld gewicht over het voertuig, waardoor een eenvoudiger mechanisme ontstaat;
• Maglev-voertuigen hebben zeer lage onderhoudskosten
• Maglev-systemen werken op hogere stijgende hellingen (tot 10 procent) dan traditionele spoorwegen (beperkt tot ongeveer 4 procent of minder), waardoor het minder nodig is om tunnels te graven of het landschap waterpas te zetten om de sporen aan te leggen.

Het is onmogelijk om precies te weten hoe Maglevs zullen passen in de toekomst van menselijk vervoer. Vooruitgang in zelfrijdende auto’s en vliegreizen kan de inzet van Maglev-lijnen bemoeilijken. Als de hyperloopindustrie erin slaagt momentum te genereren, kan dit allerlei transportsystemen verstoren. En sommige ingenieurs vermoeden dat zelfs vliegende auto’s (hoewel ongelooflijk prijzig), railsystemen in de toekomst kunnen aftroeven omdat ze geen enorme infrastructuurprojecten nodig hebben om van de grond te komen.
Misschien zullen in slechts een decennium of twee naties over de gehele wereld tot een oordeel zijn gekomen over Maglev-treinen. Misschien worden ze een spil van high-speed reizen, of gewoon projecten die slechts fragmenten van bepaalde populaties in een druk stedelijk gebied bedienen. Of misschien verdwijnen ze gewoon in de geschiedenis, een bijna magische vorm van levitatietechnologie, die gewoon nooit echt van de grond kwam.

Europa
Voor bestemmingen binnen Europa heeft de Maglev veel meer voordelen dan vervoer per vliegtuig:

• Sneller op de plaats van bestemming, geen lange wachttijden met in- en uitchecken;
• Het milieu wordt veel minder belast, geen schadelijke uitstoot van CO2;
• Niet uren van te voren melden voor je vlucht;
• Meer haltes onderweg, waardoor er minder vervoer op de weg is om de bestemming te bereiken;
• De geluidsoverlast is te verwaarlozen.

Tot slot
Maglev heeft de toekomst. Het is een transportsysteem, dat zeer veel voordelen biedt ten opzichte van de huidige transportsystemen. Daarbij neemt het systeem op de grond weinig ruimte in. Het zou kunnen worden geplaatst op palen in de middenstroken van autowegen. Daardoor wordt er minder grondgebied gebruikt. Een aanrijding met ‘een mens’, waar machinisten nu vaak te kampen hebben, wordt vrijwel onmogelijk gemaakt. De kosten liggen dan wellicht hoger, maar als je de voordelen bekijkt wordt het toch hoog tijd, dat de Eu zich eens gaat beraden om dit systeem in Europa in te voeren!