Hogesnelheidsbus in een vacuümbuis

techniek

Delftse studenten maakten het winnende ontwerp voor een Hyperloop, een hoge-snelheidsbuizenpost met mensen en goederen.

‘Als we de volgende stap in transportsystemen willen maken, is er maar één optie”, zegt Mars Geuze. Hij doelt op Hyperloop, een systeem waarin capsules of pods met mensen en vracht door vacuüm getrokken buizen schieten met een snelheid tot 1.200 kilometer per uur.

„Luchtweerstand wordt de beperkende factor voor snelheid en energiegebruik, dus móet je eigenlijk wel in vacuüm reizen”, zegt Geuze. In een vacuüm is de luchtweerstand verwaarloosbaar. Geuze is Chief Technological Officer van Delft Hyperloop, het team van Delftse studenten dat vorig weekeinde de Hyperloop Pod Competition won, een ontwerpwedstrijd waaraan zijn team sinds juni 2015 meedoet.

De Hyperloop is het idee van de Amerikaanse internetmiljardair en technologisch visionair Elon Musk. Met een Hyperloop-verbinding zou de afstand tussen Los Angeles en San Francisco, zo’n 600 kilometer, in een half uur afgelegd kunnen worden, becijferde Musk, met lagere energiekosten dan verkeersvliegtuigen, treinen of auto’s.

Musk had het zelf te druk met het bouwen van raketten, elektrische auto’s en megabatterijenfabrieken. Dus schreef hij in 2015 een pod-ontwerpwedstrijd uit voor studententeams. Op het terrein van zijn rakettenfabriek SpaceX in Californië verrees een testtunnel van 1,2 kilometer.

Geuze: „We hebben daar uiteindelijk, na veel testen en voorbereiding, drie runs gemaakt. Bij de laatste keer haalden we 94,1 kilometer per uur." Dat was iets langzamer dan de twee concurrerende teams van het Massachusetts Institute of Technology en de Universiteit van München.

Maar gemeten aan vier criteria, waaronder veiligheid en de kwaliteit van het ontwerp, eindigden de Delftenaren bovenaan. Er komt nu een jaarlijkse competitie, waarbij de technische eisen steeds opgeschroefd worden. Het Delftse team is van plan om volgend jaar weer mee te doen.

Of het Hyperloop-idee kans van slagen heeft, hangt af van de antwoorden op drie vragen.

1. Welke technieken worden gebruikt?

Dat is nog een kwestie van onderzoek. De Hyperloop volgens Musks oorspronkelijke idee zou moeten zweven op lucht die door gaten naar buiten geperst wordt. Geuze: „Daarvoor moet de afstand tussen pod en ondergrond heel klein zijn. Bij hoge snelheden zou de onderkant van de buis daarom extreem glad moeten zijn, en dan wordt de buis heel duur.”

Delft Hyperloop gebruikt een magnetische ophanging volgens het magnetische levitatie-effect. Krachtige permanente magneten in het onderstel bewegen over een aluminium ondergrond in de buis.

Aluminium is geen ferromagnetisch metaal, en wordt dus niet aangetrokken door magneten. Maar als de pod zich voortbeweegt, wekken de bewegende magneetvelden elektrische stromen op in het aluminium, en die stromen wekken op hun beurt weer een magneetveld op. „Die velden zijn bijna een spiegelbeeld van het veld van het onderstel, en dat wordt dus afgestoten”, legt Geuze uit. Als de snelheid van de pod groot genoeg is, is de afstotende kracht sterk genoeg om de pod op te tillen.

Om op gang te komen heeft de pod wieltjes, maar als de snelheid boven de 30 kilometer per uur komt, gaat hij zweven.

In de uiteindelijke versie moeten de pods tot meer dan duizend kilometer per uur voortgestuwd worden met hulp van veranderende magneetvelden: een lineaire elektromotor, nog te ontwerpen.

Wel al geïnstalleerd zijn de remmen: in het midden van de buis zit een rechtopstaande I-balk. Daaromheen grijpen remschoenen met sterke magneten. „Die magneten kunnen met veren tegen de I-balk worden gedrukt, en dat geeft dan weerstand, zodat je remt”, legt Geuze uit.

Daarnaast is een uitgebreid schokdempingssysteem gebouwd om de rit zacht te maken voor acht dummy’s in de capsule, half zo groot als een mens. „De dummy die bij de deur zit hebben we Elon genoemd.” De pod, Elon en de andere dummy's zijn voorzien van sensoren om het schudden in kaart te brengen.

2. Hoe bouw je een Hyperloop-buis?

Is een vacuüm van honderden tot duizenden kilometers lengte op een praktische manier aan te leggen en te onderhouden? Wat gebeurt er bij een scheurtje of een plotseling breuk?

Volgens Musk – en Geuze – valt dat mee. „Het is geen hoog vacuüm: de luchtdruk is een duizendste van de gewone luchtdruk, een druk die je ook met gewone luchtpompen goed kunt bereiken.” Mocht er een lek ontstaan, dan zal de binnenstromende lucht de pods geleidelijk afremmen, niet met een schok.

Een Hyperloop-verbinding zal bovendien voorzien zijn van sluizen, zodat het deel met een lek snel afgesloten kan worden voor reparatie.

Op regelmatige afstanden worden stations gebouwd waar pods van de hoofdbaan afgeleid kunnen worden. Om in- en uit te stappen, maar ook voor het geval dat er technische problemen zijn met een pod, of als iemand aan boord onwel wordt.

3. Willen we het eigenlijk wel?

De grootste uitdaging voor de Hyperloop-droom zijn maatschappelijk: kosten en acceptatie. In zijn oorspronkelijk plannen schatte Musk dat de verbinding San Francisco-Los Angeles tussen 6 en 7,5 miljard dollar zou gaan kosten, maar dat lijkt een wel erg laag bedrag voor een infrastructureel project van deze omvang.

En hebben mensen zin om in een krappe capsule te zitten, zonder ramen, wetend dat buiten in de tunnel een vacuüm heerst dat ze niet lang zouden overleven? Geuze denkt van wel. „In een vliegtuig zit je op tien kilometer hoogte, ook tamelijk krap, met buiten een veel lagere luchtdruk. Daar zijn we ook aan gewend geraakt.”