Magneettrein: big in Japan, maar niet bij ons

Een magneet-zweeftrein tussen de Japanse plaatsen Uenohara en Fuefuki heeft een indrukwekkend snelheidsrecord gevestigd: 603 kilometer per uur. Met zo'n trein zoeft u zonder lawaai en trillingen naar uw bestemming: een comfortabele manier van reizen. Maar van een echt succesverhaal is geen sprake, want wereldwijd wordt de trein maar op een paar plaatsen gebruikt. De enorm hoge bouwkosten spelen daarbij een belangrijke rol.

Zal het ooit mogelijk zijn om twee keer zo snel te reizen tussen New York en Washington D.C. als met de huidige vervoermiddelen? Misschien met een nieuw soort supersonisch vliegtuig? Of met een helikopter? Nee, gewoon met de trein. Maar dan wel met een exemplaar dat met een snelheid van vijfhonderd kilometer per uur boven de treinbaan zweeft en op die manier maar een uur nodig heeft voor de afstand van 328 kilometer. Ter vergelijking: de huidige Amtrak-hogesnelheidstrein doet er ongeveer twee uur over. Een magneetzweeftrein is op bepaalde afstanden zelfs sneller dan een vliegtuig, zeker als je de tocht naar het vliegveld en de wachttijd aan de incheckbalie meetelt.

Het recente plan om beide steden te verbinden met een dergelijke supersnelle trein komt van The Northeast Maglev (TNEM), een bedrijf dat in Washington gevestigd is en zich sinds enkele jaren op deze grensverleggende transportmogelijkheid focust. Ook Japan is bij het plan betrokken, en liet onlangs weten dat TNEM gratis mag beschikken over de technologie, waar het Japanse spoorbedrijf Central Japan Railway Company (JR Central) het patent op heeft.

Hoe is het mogelijk dat een magneetzweeftrein dergelijke spectaculaire snelheden haalt? Vooral omdat de trein niet op wielen rijdt, maar op een minieme hoogte boven de spoorbaan zweeft. Daardoor is er geen rolweerstand. Een magneetzweeftrein ondervindt vooral weerstand van de lucht.

Op bepaalde afstanden is de magneetzweeftrein zelfs sneller dan een vliegtuig

Er bestaan twee soorten magnetic levitation – of Maglev-treinen – treinen met het elektromagnetische systeem (EMS) en met het elektrodynamische systeem (EDS). Bij het eerste systeem, onder meer toegepast bij de Duitse Transrapid, zit de bodem van de trein rond de baan gevouwen. De elektromagneten bevinden zich in het laagste gedeelte van de gevouwen bodem en oefenen een aantrekkingskracht uit op de permanente magneten, die zich vlak daarboven in de baan bevinden. Door het krachtspel tussen de magneten gaat de trein niet alleen zweven. Doordat de polariteit van de elektromagneten in de trein voortdurend verandert, trekken en duwen ze de trein ook vooruit. Bijkomend voordeel is dat er geen elektrische geleider langs een stroomrail nodig is. Een mogelijk nadeel is dan weer dat tussen de geleidingsmagneten aan beide zijden van de baan ongeveer een centimeter ruimte zit, wat het systeem kwetsbaar maakt voor bijvoorbeeld sneeuw en ijs.

Elektrodynamisch systeem

Bij het tweede principe, het elektrodynamische systeem, loopt er door de trein een spoel met elektrische stroom. Die veroorzaakt tegelijk stroom in de rail. Als de trein voortbeweegt, ontstaan er krachten die afstotend werken.

In Japan bestaat er nog een populaire variant op het elektrodynamische systeem. Daarbij zitten er supergeleidende magneten in het voertuig, die een magnetisch veld veroorzaken in de spoelen, over de volledige lengte van de treinbaan. Een voordeel van die supergeleiders is dat de elektromagneten voor een langdurige elektrische geleiding zorgen, ook al is de elektriciteitstoevoer afgesloten. Maar echt ‘gratis’ is de stroom niet, want de magneten moeten gekoeld worden tot temperaturen tussen -265 en -270 graden Celsius.

EDS-treinen zweven relatief hoog boven de baan: tien centimeter. Daardoor is er een krachtiger magneetsysteem nodig dan bij EMS. Bovendien moet de trein ook op gang geholpen worden door een tijdlang op conventionele wielen te rijden. Pas bij een snelheid van ongeveer honderd kilometer per uur is het magneetveld sterk genoeg om de trein te laten zweven. Volgens Japanse deskundigen zou het gebruik van wielen ook goed uitkomen als de stroom uitvalt, want dan kan de trein toch blijven rijden.

Bij het EDS-systeem zorgt een lineaire synchrone motor voor de voortstuwing. Zo’n motor werkt eveneens met magneten. Spoelen aan de onderkant of zijkant van de trein wekken magnetische velden op met wisselende polen. Op die manier ontstaat er elektrische stroom in de geleidende rail, waarbij ook magnetische velden tot stand komen. Door de spoelen slim te schakelen, komt er een horizontale kracht tot uiting die de trein voortstuwt.

Ook voor korte afstanden

Als er gesproken wordt over een mogelijk gebruik van magneetzweeftreinen, dan gaat het bijna altijd over lange afstanden. Niet verwonderlijk, gezien de hoge snelheid van de trein en de daaraan gekoppelde tijdwinst. Toch zou de zweeftrein ook voor korte afstanden geschikt zijn, zo stelt Wouter van Gessel, oprichter en voorzitter van de Stichting Freedom of Mobility (FroM) uit het Noord-Hollandse Zaanstad. ‘De afstanden tussen de stations zijn in Nederland en Vlaanderen zo klein, dat een hogesnelheidslijn (HSL-lijn) niet rendabel is’, aldus Van Gessel. ‘Dat maakt dat de HSL stations moet overslaan. Met een magneetzweeftrein ligt dat anders. Als zo’n trein het vervoer op bijvoorbeeld de lijn Amsterdam-Brussel zou verzorgen, zou de reistijd ongeveer 73 minuten bedragen en zou de trein in dertien stations kunnen stoppen, waaronder drie luchthavens. De Thalys doet over hetzelfde traject momenteel ruim honderd minuten en stopt maar in vier stations.’

Er zit een centimeter ruimte tussen de magneten, wat het systeem kwetsbaar maakt voor sneeuw en ijs

Met andere woorden, de aantrekkingskracht van de zweeftrein zit niet alleen in de maximale snelheid maar ook in de uitstekende versnelling, waardoor het toestel meerdere stations kan bedienen zonder veel tijd te verliezen. Volgens Van Gessel, die werkt als treinmachinist, is het belangrijk om het openbaarvervoersysteem in zijn geheel te bekijken. ‘Je moet niet alleen een oordeel vellen over de afzonderlijk vervoermiddelen. In onze plannen zou een magneetzweeftrein tussen Amsterdam en Brussel zowel de intercity als de HSL vervangen.’

Als het aan de stichting FroM ligt, zou er om te beginnen een Maglev-lijn tussen Breda en Eindhoven komen. Op die manier zou de zweeftrein het vliegveld van Eindhoven kunnen ontsluiten en in Breda aansluiting bieden op de HSL-lijn naar Brussel en Parijs. De achterliggende gedachte is dat de Maglev de hogesnelheidslijn op termijn helemaal kan overnemen. Maar Rob Goverde, docent aan de afdeling Transport en Planning van de TU Delft, is minder optimistisch over zulke toepassingen. ‘Een van de nadelen is dat je nooit een netwerk kunt aanleggen, want magneetzweefbanen bestaan uit geïsoleerde verbindingen: de voertuigen kunnen alleen op die specifieke lijnen rijden. Als er storingen zijn, kan een HSL-trein bijvoorbeeld toch blijven rijden op andere spoorlijnen.’

Wereldwijde plannen

Toch liggen er overal ter wereld plannen klaar om magneetzweeftreinen in gebruik te nemen. Sommige ideeën zijn inmiddels weer in de ijskast gezet, vooral vanwege de hoge kosten van de techniek. Maar andere projecten staan nog steeds op de agenda. Bovendien is er sinds april 2004 een eerste commerciële magneetzweeftrein: de Shanghai Maglev. Die vervoert passagiers tussen Longyang Road Station en Pudong International Airport. Volgens het jaarlijkse overzicht dat het blad Railway Technology samenstelt, is de trein dankzij een maximumsnelheid van 430 kilometer per uur zelfs de snelste trein ter wereld, gevolgd door de Harmony CRH 380 Age, een hogesnelheidstrein die 380 haalt en sinds december 2010 tussen Peking en Shanghai rijdt.

Ook Japan heeft concrete plannen. Zo besloot de Japanse spoormaatschappij JR Tokai in 2011 om stations aan te leggen voor een magneetzweeftrein tussen Tokio en Nagoya. Dankzij een snelheid van vijfhonderd kilometer per uur zou de reistijd op dat traject hooguit veertig minuten bedragen, minder dan de helft van de tijd die de huidige kogeltreinen (Japanse hogesnelheidstreinen met een kogelvormige neus) nodig hebben.

Naast de geplande lijn tussen New York en Washington D.C., liggen in de Verenigde Staten nog meer plannen klaar om een netwerk van Maglev-banen aan te leggen. Niet alleen voor passagiersvervoer, maar ook voor vrachttreinen. Het Interstate Maglev Project voorziet zelfs in een enorm netwerk van Maglev-banen met een totale lengte van 46.000 kilometer. Dat moet in 2030 klaar zijn.

In het Verenigd Koninkrijk zou dan weer een magneetzweeftreinverbinding komen tussen Londen en Glasgow, al is het sinds begin 2013 verdacht stil rond dat project. Ook de voorstellen om in Duitsland Berlijn met Hamburg te verbinden door middel van een zweefbaan zijn vanwege geldgebrek in de ijskast gestopt. In India is onder meer een Maglev-treinsysteem tussen Pune en Bombay in ontwikkeling, waarover tot op heden veel discussie bestaat.

Het is in elk geval nog geen uitgemaakte zaak dat de magneetzweeftrein waar dan ook kans op slagen heeft. Zoals Rob Goverde al aangaf, is een van de grote hinderpalen dat er een aparte infrastructuur nodig is. Of dat nadeel opweegt tegen de potentiële tijdwinst, blijft nog maar de vraag. Vooral omdat de traditionele voortstuwingstechnieken ook steeds hogere snelheden behalen. Dat bewijst het recente plan van de Amerikaanse spoorwegmaatschappij Amtrak, die op hetzelfde traject als de Northeast Maglev-zweeftrein een traditionele hogesnelheidstrein wil laten rijden. Die zou met een snelheid van 220 kilometer per uur de afstand tussen Washington en New York in 96 minuten overbruggen. Dat is weliswaar 35 minuten langzamer dan de Maglev-trein, maar de kosten liggen beduidend lager.

Maar moet de Maglev-trein per se een zo hoog mogelijke snelheid nastreven? ‘Vergeet niet dat er ook meer energie nodig is voor een hogere snelheid’, benadrukt Goverde. ‘Misschien is het veel aantrekkelijker om de magneetzweeftrein aan een iets lagere snelheid te laten rijden. Dan behoud je tenminste het energiezuinige voordeel.’

Graag traag

Ongetwijfeld ligt die gedachte ook ten grondslag aan een recent zweeftreinproject in Peking, waarbij zweeftreinen met een beperkte topsnelheid passagiers vervoeren. De trein bestaat uit drie wagons, de maximumsnelheid ligt op honderd kilometer per uur en er kunnen ten hoogste zeshonderd passagiers mee. ‘De trein is ideaal voor massavervoer, hij is stil en milieuvriendelijk’, zegt Xu Zongxiang, directeur van Zhuzhou Electric Locomotive. ‘De fabricagekosten bedragen ongeveer 75 procent van die van een conventionele lightrailtrein.’

Een van de hinderpalen van de magneetzweeftrein is dat er een aparte infrastructuur nodig is

Als alles volgens plan verloopt, zal de trein vanaf september 2015 rijden op de speciaal aangelegde Daitai-lijn, die over elf kilometer loopt van het IT-centrum in het Haidian-district via het Shijingshan-district naar het Mentougou-district, in het westen van Peking. ‘Ook in dit geval geldt dat je het systeem naast de alternatieven moet leggen en moet kijken wat het oplevert, zowel op het vlak van energieverbruik als op het vlak van kosten’, verduidelijkt Goverde. ‘Maar ik denk dat als je alle argumenten op een rij zet een magneetzweeftrein voor Nederland en België weinig kans maakt.’

Dit artikel verscheen eerder Eos juli/augustus 2014.