Πώς θα είναι τα επιβατικά τρένα του μέλλοντος;

Όταν ο Σκοτσέζος Κινέζος μελετητής James Legge έφυγε από τη Σαγκάη για το Πεκίνο την άνοιξη του 1873, το ταξίδι του κράτησε δύο εβδομάδες. Πρώτα έφτασε στην Τιαντζίν με βάρκα και μετά με μουλάρι στην κινεζική πρωτεύουσα. Σήμερα, το ίδιο ταξίδι 1200 χιλιομέτρων διαρκεί λίγο περισσότερο από τέσσερις ώρες με το σιδηρόδρομο υψηλής ταχύτητας. Η πτήση μεταξύ των δύο πόλεων διαρκεί δύο ώρες και 20 λεπτά. Όσον αφορά την Ευρώπη, υπάρχουν τρένα υψηλής ταχύτητας Frecciarossa από το Μιλάνο στη Ρώμη, τα οποία μπορούν να φτάσουν στον προορισμό σε λιγότερο από τρεις ώρες και από το Τόκιο στην Οζάκα - τρένα υψηλής ταχύτητας Shinkansen - δυόμιση ώρες.

Οι άνθρωποι δεν έχουν ταξιδέψει ποτέ τόσο γρήγορα και εύκολα όσο σήμερα. Αλλά αυτή η ευκολία έχει ένα τίμημα: οι μεταφορές αντιπροσωπεύουν το 20% των παγκόσμιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και τις τελευταίες τρεις δεκαετίες ο ρυθμός των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από τις μεταφορές έχει αυξηθεί ταχύτερα από οποιαδήποτε άλλη πηγή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα αερομεταφορά, οι εκπομπές από τις οποίες αυξήθηκαν ταχύτερα από τις σιδηροδρομικές ή οδικές μεταφορές. Σε αυτό το πλαίσιο, τίθεται το ερώτημα: είναι δυνατόν να ταξιδεύεις με υψηλές ταχύτητες χωρίς να σκοτώνεις τον πλανήτη; Και αν ναι, πώς;

Ταχύτερα, καθαρότερα, πιο οικολογικά και εξοπλισμένα με προηγμένες τεχνολογίες, ο σιδηρόδρομος είναι η μόνη μορφή μεταφοράς που έχει επί του παρόντος όλες τις πιθανότητες να γίνει η βάση για την κάλυψη των μελλοντικών μας αναγκών κινητικότητας. Με την 200ή επέτειο από τον πρώτο επιβατικό σιδηρόδρομο να πλησιάζει το 2025, τα τρένα είναι πιο σημαντικά από ποτέ για τη διασφάλιση της βιώσιμης κινητικότητας σε έναν κόσμο που αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της κλιματικής αλλαγής, της αυξανόμενης αστικοποίησης και της αύξησης του πληθυσμού. Ο παγκόσμιος αστικός πληθυσμός αυξάνεται με ρυθμό δύο ατόμων ανά δευτερόλεπτο, δημιουργώντας 172800 νέους κατοίκους των πόλεων κάθε μέρα. Ενώ ορισμένες περιοχές του κόσμου, όπως η Ευρώπη και η Ιαπωνία, αντιμετωπίζουν μείωση του πληθυσμού, το 90% της αύξησης του πληθυσμού αναμένεται να συμβεί σε πόλεις και μεγαλουπόλεις στις αναπτυσσόμενες χώρες.

Προκειμένου να μετακινηθούν αυτές οι ταχέως αναπτυσσόμενες πόλεις, περιφέρειες και μεγαλουπόλεις, οι αποτελεσματικές δημόσιες συγκοινωνίες δεν είναι μόνο επιθυμητές, αλλά και απαραίτητες.

Πόσο γρήγορα μπορούν να είναι τα τρένα υψηλής ταχύτητας;

Κομψά νέα "τρένα υψηλής ταχύτητας" συχνά χτυπούν τα πρωτοσέλιδα καθώς το δίκτυο γραμμών στην Ευρώπη και την Ασία συνεχίζει να αναπτύσσεται, με νέες γραμμές που σχεδιάζονται ή βρίσκονται ήδη υπό κατασκευή σε χώρες όπως η Γαλλία, η Γερμανία, η Ισπανία, η Ινδία, η Ιαπωνία και, πολύ μεγαλύτερης κλίμακας, στην Κίνα, όπου το δίκτυο υψηλής ταχύτητας θα φτάσει τα 2025 km έως το 50000.

Όταν η αμφιλεγόμενη γραμμή High Speed ​​2030 (HS2) ολοκληρωθεί στις αρχές της δεκαετίας του 2 λόγω υπέρβασης προϋπολογισμού και ευάλωτων τοπίων, η Αγγλία θα έχει τα ταχύτερα τακτικά τρένα στον κόσμο, τα οποία συνήθως ταξιδεύουν με 362 χλμ./ώρα, αλλά μπορούν να αναπτύξουν ταχύτητα μεγαλύτερη στα 400 km/h.

Συνδυάζοντας την ιαπωνική τεχνολογία τρένων υψηλής ταχύτητας με τη βρετανική σχεδίαση, ο στόλος των 2 δισεκατομμυρίων δολαρίων HS2,5 θα φέρει επανάσταση στα ταξίδια μεγάλων αποστάσεων μεταξύ του Λονδίνου και των αγγλικών Midlands και των βόρειων πόλεων. Η μεταφορά υπεραστικών υπηρεσιών στο HS2 θα απελευθερώσει επίσης την τόσο αναγκαία χωρητικότητα στους υπάρχοντες σιδηροδρόμους για τη μεταφορά περισσότερων τοπικών επιβατών και εμπορευμάτων.

Ωστόσο, μετά από αρκετές δεκαετίες λειτουργίας, χώρες όπως η Γαλλία, η Ιαπωνία και η Κίνα κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα οφέλη από τη λειτουργία τρένων υψηλής ταχύτητας σε ταχύτητες άνω των 320 km/h υπερτερούν του σημαντικά υψηλότερου κόστους συντήρησης και ενέργειας που συνεπάγονται. Τώρα οι αναγνωρισμένοι ηγέτες των τρένων υψηλής ταχύτητας στην Ιαπωνία και την Κίνα δεν περιορίζονται στην τεχνολογία «ατσάλι σε χάλυβα», αλλά αναπτύσσουν τρένα ικανά να αναπτύξουν ταχύτητες έως και 600 km/h.

Η ιδέα των τρένων υψηλής ταχύτητας που κινούνται σε ειδικές γραμμές χρησιμοποιώντας μαγνητική αιώρηση (maglev) έχει διαφημιστεί ως το «μέλλον του ταξιδιού» για περισσότερα από 50 χρόνια, αλλά εκτός από μερικές πειραματικές γραμμές και μια κινεζική διαδρομή που συνδέει το κέντρο της Σαγκάης με το αεροδρόμιο , έχει παραμείνει έτσι ως επί το πλείστον θεωρητικό.

Αλλά όχι για πολύ. Η Ιαπωνία επενδύει 72 δισεκατομμύρια δολάρια στο έργο Chuo Shinkansen, το οποίο θα είναι το αποκορύφωμα για περισσότερα από 40 χρόνια ανάπτυξης maglev. Η γραμμή μήκους 286 χιλιομέτρων θα συνδέει το Τόκιο με τη Νάγκα σε μόλις 40 λεπτά και πρόκειται να επεκταθεί τελικά στην Οσάκα, μειώνοντας τη διαδρομή 500 χιλιομέτρων από την πρωτεύουσα σε 67 λεπτά. Η κατασκευή ξεκίνησε το 2014 και αρχικά αναμενόταν να ολοκληρωθεί έως το 2027 (με τη γραμμή Ναγκόγια-Οσάκα να ανοίγει δέκα χρόνια αργότερα), αλλά τα προβλήματα με την απόκτηση άδειας για ένα τμήμα της γραμμής σημαίνουν ότι η ημερομηνία έναρξης είναι επί του παρόντος άγνωστη. Οι καθυστερήσεις και οι τεράστιες υπερβάσεις κόστους έχουν οδηγήσει πολλούς να αμφισβητήσουν την οικονομική αξία του έργου.

Τέτοιες δυσκολίες είναι απίθανο να προκύψουν στην Κίνα, η οποία επίσης κατασκευάζει μαγνητικές γραμμές μεταφοράς ως εναλλακτική λύση στα αεροπορικά ταξίδια μικρών αποστάσεων και για να παρέχει αστραπιαία ταξίδια μέσω των πυκνοκατοικημένων αστικών περιοχών της. Η Κίνα σχεδιάζει να δημιουργήσει «τρίωρους κύκλους κυκλοφορίας» γύρω από τις μεγάλες πόλεις της, μετατρέποντας ομάδες πόλεων σε οικονομικές δυνάμεις.

Περισσότεροι από 120 εκατομμύρια άνθρωποι ζουν ήδη στα νότια της πιο πυκνοκατοικημένης χώρας του κόσμου, της περιοχής Δέλτα του Ποταμού Περλ που περιλαμβάνει το Χονγκ Κονγκ, το Γκουανγκζού και το Σενζέν. Οι Κινέζοι σχεδιαστές ελπίζουν να συγχωνεύσουν εννέα πόλεις στην περιοχή για να δημιουργήσουν έναν αστικό οικισμό 26000 τετραγωνικών χιλιομέτρων. Διαδρομές μαγνητικού μαξιλαριού προβλέπονται για τις διαδρομές Σαγκάη-Χανγκζού και Τσενγκντού-Τσονγκκίνγκ, καθώς και πολλές άλλες, εάν αποδειχθούν επιτυχείς.

Σε άλλες χώρες του κόσμου, το τεράστιο κόστος και η έλλειψη ενσωμάτωσης με τους υπάρχοντες σιδηροδρόμους μπορεί να αποτελέσουν εμπόδιο για την περαιτέρω εξάπλωση της τεχνολογίας maglev. Ήδη παλεύοντας με τη συμφόρηση και τη ρύπανση στις πυκνοκατοικημένες πόλεις της, η Κίνα άνοιξε 2021 νέες γραμμές μετρό συνολικού μήκους 29 χιλιομέτρων μόνο τον Δεκέμβριο του 582. Πολλές άλλες χώρες με αναπτυσσόμενες πόλεις θα πρέπει σύντομα να ακολουθήσουν το παράδειγμά τους εάν δεν θέλουν να κατακλυστούν.

Ωστόσο, για να ανταποκριθεί σε αυτές τις προσδοκίες, ο σιδηροδρομικός κλάδος θα πρέπει να κινηθεί γρήγορα προς διάφορες κατευθύνσεις για να προσφέρει σημαντικά μεγαλύτερη χωρητικότητα, μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, αξιοπιστία και προσιτή τιμή.

Μη επανδρωμένα τρένα

Η αυτοματοποιημένη κυκλοφορία υπάρχει εδώ και δεκαετίες – η γραμμή Victoria του υπόγειου σιδηρόδρομου του Λονδίνου λειτουργεί εν μέρει με αυτόν τον τρόπο από τότε που άνοιξε το 1967 – αλλά συνήθως περιορίζεται σε αυτόνομες γραμμές με πανομοιότυπα τρένα που εκτελούνται σε σταθερά διαστήματα.

Τα τελευταία χρόνια, η Κίνα έχει πρωτοστατήσει στους σιδηροδρόμους χωρίς οδηγό, ιδίως με την εισαγωγή των μοναδικών αυτόνομων τρένων υψηλής ταχύτητας στον κόσμο που κινούνται με ταχύτητες έως και 300 km/h μεταξύ του Πεκίνου και των Χειμερινών Ολυμπιακών Αγώνων του 2022. Η Ιαπωνία πειραματίζεται επίσης με «τρένα με σφαίρες» που μπορούν να ταξιδεύουν αυτόνομα από τερματικούς σταθμούς σε αποθήκες για συντήρηση, απελευθερώνοντας τους οδηγούς να λειτουργούν πιο κερδοφόρα τρένα.

Ωστόσο, η λειτουργία τρένων χωρίς οδηγό σε αυτόνομες γραμμές είναι ένα πράγμα. Η διασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας τους σε παραδοσιακούς σιδηροδρόμους μικτής χρήσης, όπου συνδυάζονται επιβατικά και εμπορευματικά τρένα με πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά, ταχύτητες και βάρη, είναι πολύ πιο δύσκολη.

Τα μεγάλα δεδομένα και το λεγόμενο Διαδίκτυο των Πραγμάτων θα επιτρέψουν στους τρόπους μεταφοράς να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον, ανοίγοντας το δρόμο για πιο ολοκληρωμένα διατροπικά ταξίδια. Τα ευφυή ρομπότ θα διαδραματίσουν μεγαλύτερο ρόλο στην επιθεώρηση υποδομών όπως οι σήραγγες και οι γέφυρες, καθώς και στην αποτελεσματική συντήρηση των γηρασμένων δομών.

Επιπτώσεις στο περιβάλλον

Παρά την αποδεδειγμένη φιλικότητα προς το περιβάλλον σε σύγκριση με την αεροπορία, οι σιδηρόδρομοι έχουν ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουν για να μειώσουν τις δικές τους εκπομπές άνθρακα και τη ρύπανση από τους κινητήρες ντίζελ. Σύμφωνα με τους στόχους των Ηνωμένων Εθνών για την κλιματική αλλαγή, πολλές χώρες έχουν δεσμευτεί να καταργήσουν σταδιακά τα τρένα ντίζελ έως το 2050 ή και νωρίτερα.

Στην Ευρώπη και σε πολλά μέρη της Ασίας, οι περισσότερες από τις πιο πολυσύχναστες γραμμές είναι ήδη ηλεκτροδοτημένες, αλλά η κατάσταση ποικίλλει από σχεδόν 100% ηλεκτροκίνηση στην Ελβετία έως λιγότερο από 50% στο Ηνωμένο Βασίλειο και σχεδόν μηδενική σε ορισμένες αναπτυσσόμενες χώρες. Η Βόρεια Αμερική κυριαρχείται από το ντίζελ – ειδικά στους κυρίαρχους σιδηροδρόμους εμπορευματικών μεταφορών – και δεν υπάρχει η ίδια όρεξη για ηλεκτροκίνηση που παρατηρείται στην Ευρώπη και την Ασία.

Η τεχνολογία των μπαταριών φαίνεται ότι θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην απομάκρυνση από τα "βρώμικα ντίζελ" τόσο για βαριές εμπορευματικές όσο και για ήσυχες διαδρομές επιβατών όπου η πλήρης ηλεκτροδότηση δεν μπορεί να δικαιολογηθεί. Πολλά πρωτότυπα που λειτουργούν με μπαταρίες δοκιμάζονται επί του παρόντος ή βρίσκονται υπό ανάπτυξη και καθώς η τεχνολογία προχωρά, η εξάρτηση των σιδηροδρόμων από το ντίζελ θα αρχίσει να μειώνεται πριν από το τέλος αυτής της δεκαετίας.

Για άλλους, το υδρογόνο είναι μια μεγάλη ελπίδα για την απαλλαγή των σιδηροδρομικών μεταφορών από άνθρακα. Το πράσινο υδρογόνο που δημιουργείται σε ειδικές εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία κυψελών καυσίμου που κινούν ηλεκτρικούς κινητήρες.

Ο γαλλικός κατασκευαστής τρένων Alstom πρωτοστατεί με το υδρογονοηλεκτρικό τρένο Coradia iLint, το οποίο μετέφερε τους πρώτους επιβάτες του το 2018, ανοίγοντας το δρόμο για εκδόσεις παραγωγής που βρίσκονται τώρα υπό κατασκευή για πολλές ευρωπαϊκές χώρες.

Οι σιδηρόδρομοι σε όλο τον κόσμο αντιμετωπίζουν επίσης προκλήσεις που σχετίζονται με φυσικές καταστροφές. Νέοι και ανακατασκευασμένοι σιδηρόδρομοι σχεδιάζονται όλο και περισσότερο με γνώμονα το μεταβαλλόμενο κλίμα: η βελτιωμένη αποστράγγιση, η προστασία του περιβάλλοντος και η αποκατάσταση των φυσικών τοπίων παίζουν ρόλο στην αύξηση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας των σιδηροδρόμων.

Εν τω μεταξύ, η επίγνωση της περιβαλλοντικής ζημίας που προκαλείται από τα αεροπορικά ταξίδια έχει ήδη οδηγήσει σε αναβίωση των ολονύχτιων σιδηροδρομικών ταξιδιών στην Ευρώπη.

Hyperloop: το τρένο του μέλλοντος. Ή όχι?

Μιλώντας για τα τρένα του μέλλοντος, φυσικά, θα πρέπει να μιλήσουμε για την τεχνολογία Hyperloop. Χρησιμοποιώντας ένα κενό για να ταξιδέψετε με ταχύτητα μεγαλύτερη από 1000 χλμ. την ώρα - γι' αυτό μιλάμε. Σύμφωνα με πολλούς, θα φέρει επανάσταση στον τρόπο που κινούμαστε. Υπάρχουν όμως εύλογες αμφιβολίες. Για να το θέσω απλά, αυτό είναι ένα τρένο σε ένα σωλήνα. Λειτουργεί εξαλείφοντας δύο παράγοντες που επιβραδύνουν τα οχήματα: τον αέρα και την τριβή. Το σύστημα Hyperloop αποτελείται από δύο κύρια στοιχεία: σωλήνες και κάψουλες. Οι σωλήνες είναι σχεδόν υπό κενό. Οι κάψουλες είναι οχήματα υπό πίεση που κινούνται μέσα σε σωλήνες. Η ιδέα είναι να χρησιμοποιηθούν μόνιμοι μαγνήτες στο όχημα.

Όπως οι αυτοκινητάμαξες, οι λοβοί ταξιδεύουν επίσης σε συνοδείες. Ενώ τα βαγόνια του τρένου συνδέονται μεταξύ τους, οι κάψουλες Hyperloop μπορούν να ταξιδέψουν σε διαφορετικούς προορισμούς. Όπως και κατά την οδήγηση στον αυτοκινητόδρομο, καθένας από αυτούς μπορεί να φύγει από το δρόμο και να αλλάξει την κατεύθυνση κίνησης. Μπορούν να ενώσουν τις στήλες ή να τις αφήσουν ανάλογα με την κατεύθυνση προς την οποία κατευθύνονται. Τα συστήματα μεταφοράς Hyperloop είναι πλήρως ηλεκτρικά. Εκτός από τους κινητήρες, ένα σετ μαγνητών χρησιμοποιείται για να σπρώχνει τις κάψουλες κάθε χιλιόμετρο. Η σχεδόν πλήρης απουσία αντίστασης αέρα και τριβής σημαίνει ότι δεν υπάρχει ανάγκη για μόνιμο σύστημα πρόωσης. Επομένως, απαιτείται λιγότερη ενέργεια.

Το 2013, ο Έλον Μασκ δημοσίευσε ένα τεχνικό έγγραφο στο οποίο περιέγραψε τη λειτουργία ενός συστήματος μεταφοράς σωλήνων κενού. Από τότε, αρκετές ομάδες σε όλο τον κόσμο έχουν αρχίσει να εργάζονται πάνω σε αυτήν την έννοια κινητικότητας.

Το Hyperloop εξακολουθεί να είναι μια τεράστια πρόκληση μηχανικής. Αν και έχει αποδειχθεί εφικτό στα χαρτιά, στην πράξη υπάρχουν πολλές περισσότερες προκλήσεις. Εκτός από το σημαντικό κόστος εκκίνησης, η στεγανοποίηση σωλήνων θα απαιτήσει σημαντικό κόστος συντήρησης. Οι ράγες Hyperloop είναι κατασκευασμένες από χάλυβα, το οποίο διαστέλλεται και συστέλλεται ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα χαλαρές αρθρώσεις. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό κόστος συντήρησης. Ένα άλλο σημείο είναι η απόκτηση γης. Επιπλέον, πολλές πτυχές της ασφάλειας πρέπει ακόμα να διερευνηθούν - μπορεί να είναι πολύ πιο επικίνδυνο να ταξιδεύετε εάν υπάρχουν αστοχίες. Μια τέτοια υψηλή ταχύτητα μπορεί να προκαλέσει ζάλη στους επιβάτες που θα έχουν επίσης περιορισμένο χώρο για κίνηση κατά τη διάρκεια του ταξιδιού.

Αρκετές ομάδες στην Ευρώπη και τον κόσμο εργάζονται σε εφαρμογές Hyperloop. Ωστόσο, οι προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν –χρηματοδότηση, ασφάλεια και γη– εξακολουθούν να αποτελούν σημαντικά εμπόδια για την ανάπτυξη του Hyperloop. Μέχρι να λυθούν, η ιδέα του ταξιδιού σε ένα σωλήνα θα παραμείνει όνειρο.

συμπεράσματα

Εκτιμάται ότι έως το 2050, οι επιβατικοί και εμπορευματικοί σιδηρόδρομοι θα αποτελούν τη ραχοκοκαλιά των δικτύων μεταφορών μας και οι διαδρομές μεγάλων αποστάσεων μεταξύ πολυτροπικών κόμβων θα αποτελούν μέρος των τοπικών δικτύων. Με την απαραίτητη πολιτική και τεχνική υποστήριξη, οι σιδηρόδρομοι θα διαδραματίσουν επίσης αυξανόμενο ρόλο στις διεθνείς μεταφορές, παρέχοντας μια εναλλακτική λύση υψηλής ποιότητας στις οδικές μεταφορές και στις αεροπορικές μεταφορές μικρών αποστάσεων.

Για το άμεσο μέλλον, οι επενδύσεις σε όλο τον κόσμο θα εξακολουθήσουν να βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στους παραδοσιακούς σιδηροδρόμους από χάλυβα σε χάλυβα. Δεν υπάρχει κανένας λόγος να αμφιβάλλουμε ότι θα συνεχίσει να καθορίζει το μέλλον των σιδηροδρομικών μεταφορών για τις επόμενες δεκαετίες – όπως ακριβώς για σχεδόν 200 χρόνια.

Λοιπόν, αυτοί είναι όλοι τρόποι με τους οποίους μπορούμε μια μέρα να κυκλοφορούμε χωρίς να βλάπτουμε το περιβάλλον. Αλλά προς το παρόν, το μέλλον είναι ήδη εδώ: ο σιδηρόδρομος υψηλής ταχύτητας προσφέρει έναν γρήγορο, χαμηλών εκπομπών άνθρακα τρόπο για να ταξιδεύετε μεταξύ πόλεων. Αν ο James Legge ταξίδευε στο Πεκίνο σήμερα, δεν θα χρειαζόταν πλοίο και σίγουρα δεν θα χρειαζόταν μουλάρι. Απλώς θα έμπαινε στο τρένο.

Διαβάστε επίσης:

• Πώς θα είναι τα επιβατικά αεροπλάνα του μέλλοντος
• 6 διηπειρωτικοί βαλλιστικοί πύραυλοι (ICBM) που μπορούν να βάλουν τέλος στον κόσμο