Viele von euch wissen, was Magnetschwebebahn ist, es steht für Magnetschwebebahn - ein physikalisches Phänomen und eine Technologie der Zukunft. Sie entsteht, wenn sich zwei gleiche Pole klassischer Magnete einander annähern, und sie fasziniert jedes Kind, das mit Magneten spielt. Natürlich wird die Magnetschwebetechnik in Verbindung mit dem Elektromagnetismus schon lange für viele technische Anwendungen im Alltag genutzt.

Entscheidend für die Zukunft ist seine Verwendung in Verbindung mit der Supraleitung von Leitern, einem Phänomen, bei dem Leiter bei niedrigen Temperaturen ihren Wärmewiderstand verlieren und dadurch stärkere Magnetfelder als mit herkömmlichen Magneten erzeugt werden können. Dieses Phänomen ist bereits seit 1911 bekannt, und die Entdecker sind die Physikerin Heike Kamerlingh Onnes und ihr Team in Leiden. Die Schwierigkeit bestand lange Zeit in der Notwendigkeit, sehr niedrige Temperaturen von 4 K auf dem Niveau von flüssigem Helium zu gewährleisten, so dass es nur in einigen wenigen Laboratorien in der Welt realisiert werden konnte. Dies änderte sich erst 1987, als die Materialien YBaCuO (YBCO) und BiSrCaCuO (BSCCO) entdeckt wurden, die eine Kühlung mit allgemein verfügbarem flüssigem Stickstoff auf 97 K und darüber hinaus bis 110 K ermöglichten. Dies gab den Anstoß für praktische Anwendungen, die bis dahin undenkbar waren, wie z. B. die Magnetschwebebahn.

Was verwenden diese Anwendungen:

  1. Starke Magnete (häufigste Anwendungen)
    Supraleitende Magnete erzeugen extrem starke Magnetfelder mit minimalem Energieverlust. Sie werden verwendet in:
    Magnetresonanztomographie (MRI und NMR) - medizinische (diagnostische) und chemische Analyse.
    Fusionsreaktoren (ITER, Tokamaks) - Aufrechterhaltung des Plasmas in der Kernfusion.
    Teilchenbeschleuniger (CERN, LHC) - Leiten und Biegen von Teilchenstrahlen.
    Magnetschwebebahnen - Schweben über der Schiene durch magnetisches Schweben (z. B. die japanische SC Maglev).
  2. Energie- und Stromübertragung
    Supraleitende Kabel - verlustfreie Stromübertragung (getestet in Projekten wie SuperGrid).
    Supraleitende Generatoren und Motoren - höherer Wirkungsgrad (z. B. für Windkraftanlagen oder Schiffe).
    FES (Flywheel Energy Storage) - supraleitende Lager ermöglichen eine nahezu verlustfreie Energiespeicherung.
  3. Quanten-Technologien
    Qubits in Quantencomputern (z. B. IBM, Google) - supraleitende Schaltkreise als Grundlage für einige Quantenprozessoren.
    SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) - extrem empfindliche Magnetfeldsensoren (Medizin, Geophysik).

Diese Technologie ist jedoch nach wie vor auf die Kühlung mit flüssigem Stickstoff angewiesen.

Im nächsten Teil des Beitrags werde ich mich auf die Anwendungen der Magnetschwebebahn im Verkehrswesen konzentrieren, die der Anwendung für den Normalbürger am nächsten sind. Das erste Projekt ist die Transrapid-Magnetschwebebahn in Shanghai, China, die bereits in Betrieb ist. Es handelt sich um ein Projekt, das 2004 in Zusammenarbeit mit den Deutschen gebaut wurde und 30,5 km lang ist. Es basiert auf konventionellen Elektromagneten mit Kupferspulen, die eine konstante Stromzufuhr benötigen, und hat eine Höchstgeschwindigkeit von 430 km/h (Betriebsgeschwindigkeit). Das zweite Projekt ist die japanische SC Maglev, die auf der supraleitenden Magnetschwebebahn basiert, ohne jedoch den Luftdruck um den Zug herum zu verringern.

Plánovaná trasa: Tokio (Shinagawa) - Nagoya - Osaka
Délka: 438 km (davon 90 % in Tunneln unter Bergen, einschließlich der japanischen Alpen).
Rychlost: 505 km/h (maximal 603 km/h bei Tests).
Čas jízdy: Tokio-Nagoya (286 km): 40 Minuten (heute 1,5 Stunden mit dem Hochgeschwindigkeitszug Shinkansen).
Geplante Eröffnung: 2027
Tokio-Osaka: 67 Minuten (heute 2,5 Stunden). Geplante Eröffnung: 2037

Der heilige Gral der Eisenbahn ist der Hyperloop, ein Hochgeschwindigkeitszug auf einer röhrenförmigen Strecke, in die Luft gepumpt wird, um den Luftwiderstand und die Turbulenzen im Zug zu verringern. In China fahren die Züge normalerweise mit 350 km/h und bald mit 450 km/h. Bei diesen Geschwindigkeiten nimmt der Luftwiderstand (Bremskraft) mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, so dass der Betrieb dieser Züge in Bezug auf den Stromverbrauch sehr teuer ist, was den Preis der Fahrkarten erhöht. Wenn man die Geschwindigkeit des Zuges auf 1000-4000 km/h erhöhen will (höher als ein normaler Flugzeugflug), muss man den Luftwiderstand auf ein Minimum reduzieren, also wird die Luft aus der Röhre gepumpt. Die Kombination aus supraleitendem Magnetschweben und geringem Luftwiderstand macht dieses Ziel realistisch.

Es gibt eigentlich nur ein Land, das an der Umsetzung arbeitet, und das ist China.

Dies ist das T-Flight Hyperloop-Projekt in China. Die Teststrecke befindet sich in der Nähe von Datong (Nordchina, Provinz Shanxi), etwa 300 km westlich von Peking. Sie ist derzeit 2 km lang und kann auf 60 km erweitert werden. Das Projekt wird von der China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC), einem staatlichen Raumfahrtunternehmen, geleitet. Es handelt sich um einen geschlossenen Raum mit sehr niedrigem Luftdruck (bis zu 99% Verringerung des Luftwiderstands in der Zukunft).

Die Kapsel schwebt mit Hilfe supraleitender Magneten über der Bahn und wird von der KI ohne menschliches Zutun gesteuert. Die Zielgeschwindigkeit beträgt über 1000 km/h (mehr als die Geschwindigkeit eines Flugzeugs). Vorrangig sollen Fracht und Passagiere befördert werden (Vorrang für Fracht). Die geschätzten Kosten für den Bau einer 1 km langen zweigleisigen Hyperloop-Strecke in China (ohne Kosten für die Technologieentwicklung) liegen zwischen 30 und 60 Mio. USD, abhängig von der Komplexität der Strecke und der verwendeten Technologie.

Vergleich mit anderen Verkehrssystemen Baukosten ohne Entwicklungskosten:
Art des Verkehrsmittels Kosten pro 1 km (in China)
Hyperloop (zweigleisig) 30-60 Millionen USD
Hochgeschwindigkeitsbahn (HSR) 15-30 Mio. USD
Metro 50-150 Millionen USD
Magnetschwebebahn (Shanghai Transrapid) 60-100 Millionen USD

Geplante Handelsrouten in China
China erwägt einen Hyperloop zur Verbindung wichtiger Wirtschaftszonen:

a) Hochgeschwindigkeits-Güterverkehrskorridore
Datong - Peking (~300 km) - verbindet Industrie- und Logistikgebiete.
Shanghai - Hangzhou (~170 km) - Yangtze River Delta Economic Zone.
Guangzhou (Guangzhou) - Shenzhen (Shenzhen) (~140 km) - südliches Technologiezentrum.

b) Personenfernverkehrsstrecken
Peking-Shanghai (~1 300 km) - Wettbewerb mit Hochgeschwindigkeitszügen und Flugzeugen (heute 4,5 Stunden, Hyperloop könnte die Zeit auf 1-1,5 Stunden reduzieren). Diese Strecke ist die verkehrsreichste Strecke in China und wahrscheinlich auch in der Welt.
Chengdu (Chengdu) - Chongqing (Chongqing) (~300 km) - Verbindung der westlichen Megastädte.

  1. Internationale Ambitionen (BRI - Belt and Road Initiative)
    China möchte den Hyperloop auch im Ausland einsetzen, insbesondere in Ländern, die an seiner globalen Infrastrukturinitiative teilnehmen:
    Zentralasien: z. B. Kasachstan (Astana - Almaty).
    Südostasien: Malaysia (Kuala Lumpur - Singapur).
    Naher Osten: die Vereinigten Arabischen Emirate (Dubai - Abu Dhabi)

China verfügt über ausreichende Investitionsmittel, ist technologisch ausgereift und zieht den Landverkehr dem Luftverkehr vor, auch wenn die Investitionskosten höher sind. Der Grund dafür ist der Wunsch, den Treibstoffverbrauch zu senken, da das Land den Großteil seines Öls und seiner Flugzeuge importiert. Die Vorteile liegen auf der Hand: Beschleunigung des Güter- und Personentransports mit heute unvorstellbaren Geschwindigkeiten, Verringerung des Verbrauchs von Erdölprodukten, Senkung der Kosten für die Beförderung eines Passagiers durch geringeren Stromverbrauch als bei herkömmlichen Zügen. Erhöhte Kapazität für die Beförderung von Fracht und Passagieren auf der meistbefahrenen Strecke der Welt, Peking-Shanghai.

PetrV