Maglev-“A Closer Look”

Iedereen weet dat de “gelijke” polen van twee magneten elkaar afstoten.Met een beetje vindingrijkheid is het mogelijk om een magneet boven een andere te laten zweven met behulp van deze afstotende kracht en (van cruciaal belang) wat extra steun van buitenaf. Het idee om elektromagnetische levitatie te gebruiken om een bewegend voertuig te ondersteunen werd voor het eerst voorgesteld in 1912 door de Franse ingenieur Émile Bachelet, maar werd al snel opgegeven vanwege de enorme hoeveelheid elektrische energie die nodig was.

Foto: NASA test een prototype van een Maglev-spoorlijn, 2001.Foto met dank aan NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC).

In de jaren zestig leidde het onderzoek van Eric Laithwaite naar lineaire motoren tot een hernieuwde belangstelling voor het idee van een magnetisch zwevende of “maglev”-trein.Rond die tijd stelde MIT-wetenschapper Henry Kolm een “maglevliegtuig” voor op rails dat 20.000 mensen zou kunnen vervoeren tegen 320 km/u (200 mph). Dit zette aan tot een Amerikaans onderzoeksprogramma en leidde tot een werkend prototype dat in 1967 in Colorado werd getest. Het Amerikaanse programma stuitte echter op politieke moeilijkheden en werd in 1975 opgeschort. In het begin van de jaren negentig werd een ambitieus voorstel gedaan om Las Vegas, Los Angeles, San Diego en San Francisco te verbinden met een magneetzweefbaan, maar dat project is sindsdien op nog meer politieke problemen gestuit. Maglev is daarentegen enthousiast ontwikkeld door Duitsland (met een systeem dat Transrapid wordt genoemd) en Japan (met een rivaliserende technologie die bekend staat alsSCMaglev).

Transrapid

Duitse ingenieurs produceerden in 1971 voor het eerst een werkend prototype en ontwikkelden een jaar later het Transrapid-systeem. Strikt genomen maakt de Transrapid gebruik van magnetische aantrekkingskracht in plaats van de magnetische afstoting die gewoonlijk met maglev wordt geassocieerd: de kopermagneten zijn bevestigd aan een “rok” die onder het stalen spoor loopt en er naar toe wordt aangetrokken. Met aanzienlijke steun van de Duitse regering is Transrapid geleidelijk verfijnd tot een levensvatbare trein die snelheden tot 433 km/uur (271 mph) kan halen. Decennia van investeringen en ontwikkeling hebben uiteindelijk vruchten afgeworpen in 2004, toen Transrapid ’s werelds eerste (en tot dusver enige) hogesnelheidssysteem, de Shanghai Maglev Train (SMT), in China in gebruik nam. Hoewel de trein momenteel slechts op een kort traject rijdt (slechts 31 km lang), zijn er verschillende uitbreidingsplannen geweest, die echter herhaaldelijk zijn opgeschort.

Foto: Een Maglev-trein die gebruik maakt van lineaire motortechnologie. Foto met dank aan US Department ofEnergy/Argonne National Laboratory

SCMaglev

De Japanners zijn nog moediger en hopen al lang een hogesnelheidsmaglevtrein te ontwikkelen die de 320 mijl (515 km) van Tokio naar Osakain in slechts één uur kan afleggen. In tegenstelling tot de Duitse Transrapid is het Japanse systeem een echte magneetzweeftrein: de trein drijft op de afstotende kracht tussen de koperen of aluminium spoelen in het spoor en een reeks heliumgekoelde, niobium-titanium supergeleidende magneten in de wagons (vandaar de naam SCMaglev, waarbij SC staat voor “supergeleidend”). Het Japanse prototype van de ML-500 trein behaalde in 1979 een snelheidsrecord van 513 km/uur (321 mph). Een later prototype, de MLU002, werd in 1991 door brand verwoest; een brandweerman ontdekte dat zijn bijl uit zijn hand werd getrokken door een van de supergeleidende magneten toen hij de brandende trein naderde! Ondanks deze tegenslag werd de ontwikkeling voortgezet. Tegen 2015 was de SCMaglev geperfectioneerd tot het punt waarop hij een recordsnelheid van 603 km/u haalde – waarmee hij het snelste spoorvoertuig ter wereld was. Hoewel de Japanse regering heeft verklaard dat de SCMaglev klaar is voor commerciële exploitatie, moet hij, in tegenstelling tot de Transrapid, nog worden ingezet op een werkende spoorlijn waar ook ter wereld. Hopelijk komt daar verandering in met de opening van de Chuo Shinkansen SCMaglev spoorlijn tussen Tokyo en Nagoya (en uiteindelijk Osaka), die momenteel in aanbouw is en naar verwachting in 2027 in gebruik zal worden genomen.

Toekomstperspectieven

Hoewel maglev-technologie over de hele wereld veel interesse blijft wekken, is het nog steeds duurder om mijl-voor-mijl te bouwen dan een traditionele hogesnelheidslijn. Om deze reden (en ook omdat het volledig onverenigbaar is met bestaande spoorwegen), zal het waarschijnlijk niet op grote schaal worden gebruikt voor enkele jaren. Tech-schrijvers en wetenschapsboeken voor kinderen hebben de magneetzweeftrein al minstens sinds de jaren zeventig als een veelbelovende technologie van de toekomst bestempeld; op zijn minst in het verleden is het heel goed mogelijk dat de magneetzweeftrein altijd net over de horizon zal blijven – de trein die er nooit komt. Hoewel de Japanners nu eindelijk een grote maglev-lijn aan het bouwen zijn, valt nog te bezien of ze andere landen kunnen overhalen om de technologie te kopen.

Artwork: Treinen aangedreven door lineaire motoren worden al decennia lang aangeprezen als een veelbelovende technologie. Hier is een systeem gepatenteerd in de jaren 1960 door Millard Smith en Marion Roberts, waarvan zij beweerden “dat het in staat is om met snelheden van meer dan 100 mijl per uur geruisloos en met minimale trillingen te rijden op een manier die superieur is aan elk commercieel spoorvoertuig dat nu in gebruik is.” Links: Eén versie van hun ontwerp maakt gebruik van twee relatief conventionele rails (rood) met een derde, magnetische stroomrail (groen) ertussen. Rechts: Zo werkt het: de trein (blauw, 10) rijdt op schoenen (oranje, 13) die enkele millimeters (een fractie van een inch) boven de buitenste rails van het spoor (rood, 12) worden gehouden door een kussen van samengeperste lucht (15). De derde rail is een lineaire motor die gebruik maakt van draadgewonden elektromagneten (21) die aan de onderkant van de trein zijn gemonteerd om hem voort te stuwen langs de statische rail (11), die is gemaakt van koper of aluminium.Hoewel dit systeem gebruik maakt van een lineaire motor, is het eigenlijk geen maglev omdat de trein niet door magnetisme wordt opgeheven.Uit US Patent#3,233,559: Transportmiddelen door Marion L. Roberts en Millard F. Smith, met dank aan US Patent and Trademark Office.