Waarom we nog niet massaal met Hyperloops reizen
‘Een kruising tussen een Concorde, een railgun en een airhockey-tafel’. Zo beschreef Elon Musk in 2013 zijn nieuwste uitvinding, de hyperloop. Intussen proberen tal van start-ups (ook in Nederland) dit futuristische transportsysteem van de grond te tillen. Welke uitdagingen staan nog in de weg?
Wereldnieuws was het. Op 8 november 2020 maakte Virgin Hyperloop bekend dat voor het eerst in de geschiedenis mensen in een hyperloop hadden gereisd. Het ging weliswaar slechts om een paar honderd meter, maar toch. Op het filmpje dat Virgin publiceerde kunnen Josh Giegel en Sara Luchian – beiden directieleden van het bedrijf – hun geluk niet op.
Werd hier geschiedenis geschreven? Wat de voorstanders van het hyperloop-concept betreft zeker. In navolging van Musk zien zij in de hyperloop ‘de vijfde vorm van transport’, na boten, treinen, auto’s en vliegtuigen. Een vorm van transport die bovendien naadloos in een emissievrije toekomst zal passen, omdat er geen fossiele brandstoffen aan te pas komen. Dankzij de reputatie van Musk blijken de media zeer vatbaar voor het hyperloop-virus. In hun kielzog gooien politici belastinggeld naar ieder hip bedrijfje dat ‘hyperloop!’ roept. Zo wordt de Delftse start-up Hardt door het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat getrakteerd op een hyperloop-testtraject in Groningen.
Maar wat vooral opvalt, is dat Musk zelf nooit een hyperloopbedrijf heeft opgericht. Zijn enige bijdrage bestaat uit een kort testtraject dat inmiddels roest staat te verzamelen naast zijn raketfabriek in Californië. Weliswaar is Musk ook eigenaar van The Boring Company, maar dat bedrijf bouwt tunnels voor elektrische auto’s, niet voor hyperloops.
1200 km/uur
De hyperloop is een vorm van openbaar vervoer die net als een spoorwegsysteem uit twee delen bestaat: de baan en de wagons. De hyperloop maakt gebruik van een zogenoemde magneetzweefbaan, waarbij de wagons een klein stukje boven de rails zweven om de weerstand te minimaliseren. Dit is een volwassen technologie. In de Chinese stad Shanghai zweeft al sinds 2004 een Duitse magneettrein heen en weer tussen de luchthaven en het centrum.
Magneetzweefbanen laten hoge snelheden toe: de topsnelheid van de Shanghai-zweeftrein bedraagt 431 kilometer per uur. Nog hogere snelheden zijn lastig vanwege de exponentieel toenemende luchtweerstand. Daarom bevindt de magneetzweefbaan van de hyperloop zich in een stalen buis die vacuüm wordt gezogen tot ongeveer een millibar, oftewel een duizendste van de luchtdruk op zeeniveau. Onder die omstandigheden kunnen de wagons van de hyperloop – ‘pods’ in het jargon – een snelheid van 1200 km/uur bereiken. Ter vergelijking: de kruissnelheid van een Boeing 737 bedraagt zo’n 840 km/uur.
Het klinkt haast te mooi om waar te zijn, en volgens sommigen is het dat ook. De meest vocale criticus van de hyperloop is de Britse wetenschapper Phil Mason, op YouTube beter bekend onder de naam
. Volgens Mason is een hyperloop hooguit in theorie mogelijk. De technische uitdagingen zijn dermate akelig van aard dat er nooit een operationele versie gebouwd gaat worden, gelooft hij.
Het belangrijkste probleem is het vacuüm dat nodig is om de gedroomde snelheid van 1200 km/uur te halen. Een operationele hyperloopbuis is honderden kilometers lang. Het kost enorm veel energie om daar vrijwel alle lucht uit weg te pompen. Bovendien, zo toonde hij aan, zorgt zelfs het kleinste lek ervoor dat de pompsystemen – die langs het hele traject geplaatst dienen te worden – nooit kunnen worden uitgeschakeld. En dat hyperloopbuizen zullen lekken, staat vast. Stalen buizen vertonen namelijk de onhebbelijkheid te krimpen bij kou en uit te zetten bij hitte.
Mason rekende uit dat het door Elon Musks voorgestelde traject Los Angeles-San Francisco per etmaal honderden meters zal krimpen en uitzetten vanwege de grote temperatuurverschillen tussen dag en nacht in dat gebied. Het is onvoorstelbaar dat in zo’n getormenteerde vacuümbuis geen lucht naar binnen gaat sijpelen. Los daarvan liet Mason de gevolgen zien van een plotseling lek, bijvoorbeeld als gevolg van een aanslag. Vele tonnen aan lucht dringen dan met de snelheid van het geluid de buis binnen. De gevolgen voor de pods die met volle snelheid deze gasmuur raken, laten zich eenvoudig becijferen.
Over pods
Pod’ klinkt eenvoudig, bijna nederig. Maar bedenk dat een voertuig dat zich in een vacuümbuis voortbeweegt essentiële eigenschappen deelt met een ruimteschip. In de hemel op aarde, dat het binnenste van een hyperloop in feite is, zijn mensen geheel overgeleverd aan het life support system aan boord van de pod. Net als in een Sojoez of een Crew Dragon dient de lucht voortdurend gezuiverd te worden van koolstofdioxide, terwijl verse zuurstof wordt aangevoerd. De benodigde systemen zullen een flink deel van de pod innemen, en op stations moet de hele tijd zuurstof worden getankt en CO2 worden geloosd.
Over die stations hoor je trouwens nooit iets. Maar de vraag is gerechtvaardigd hoe de pods precies uit de vacuümbuis moeten worden gehaald om de passagiers te laten in- en uitstappen. Daar is onvermijdelijk een luchtsluis voor nodig. Ook dat is typisch ruimtevaarttechnologie. Astronauten gebruiken luchtsluizen als voorportaal voor hun ruimtewandelingen. Exemplaren waar hele pods in passen zijn echter nog nooit gebouwd. Toch zal een hyperloop die nodig hebben, en wel op elk station. En ze zullen extreem betrouwbaar moeten zijn. Even betrouwbaar als de sluizen van het internationale ruimtestation ISS.
En dan delen de pods nóg een eigenschap met ruimteschepen: er passen maar weinig mensen in. In de pod van Virgin zitten twee passagiers naast elkaar zonder ruimte voor een gangpad. Het bedrijf heeft nog niet uitgelegd hoe je daar een praktisch interieur uit boetseert. Ondertussen passen er in de Shanghaise zweeftrein 574 passagiers in drie klassen.
Hyperloop-adepten werpen vaak tegen dat de luchtvaart aan vergelijkbare eisen voldoet zonder dat er veel ongelukken gebeuren. Maar bij decompressie van een vliegtuigcabine bedraagt de luchtdruk nog altijd nog minstens 250 millibar, een waarde die de piloot via een snelle duikvlucht binnen tientallen seconden kan verhogen. Ook ontmoet een vliegtuig nooit abrupte tegenwind met de snelheid van het geluid. En eenmaal aangekomen kunnen zonder plichtplegingen de deuren worden geopend.
Musk is de rijkste man ter wereld, weet alles van ruimtevaart en steekt geen cent in de hyperloop. Dat zou genoeg moeten zeggen...
Tekst: Ed Croonenberg