Molti di voi sanno cos'è il maglev, acronimo di levitazione magnetica, un fenomeno fisico e una tecnologia del futuro. Si crea quando due poli uguali di magneti classici si avvicinano l'uno all'altro e affascina ogni bambino che gioca con i magneti. La levitazione magnetica è da tempo utilizzata per molte applicazioni tecniche nella vita quotidiana, in combinazione con l'elettromagnetismo.

Cruciale per il futuro è il suo utilizzo insieme alla superconduttività dei conduttori, un fenomeno per cui a basse temperature i conduttori perdono la resistenza termica e questo permette di creare campi magnetici più forti rispetto ai magneti convenzionali. Questo fenomeno è noto da tempo, dal 1911, e gli scopritori sono il fisico Heike Kamerlingh Onnes e il suo team di Leida. La difficoltà per molto tempo è stata la necessità di garantire temperature molto basse, di 4 K, a livello di elio liquido, e quindi è stato realizzato solo in pochi laboratori al mondo. La svolta è arrivata solo nel 1987, quando sono stati scoperti i materiali YBaCuO (YBCO) e BiSrCaCuO (BSCCO), che hanno permesso di raffreddare con l'azoto liquido comunemente disponibile fino a 97 K e oltre, fino a 110 K. Questo ha dato il via ad applicazioni pratiche fino ad allora impensabili, una delle quali è il maglev.

Cosa utilizzano queste applicazioni:

  1. Magneti forti (applicazioni più comuni)
    I magneti superconduttori generano campi magnetici estremamente forti con una perdita di energia minima. Sono utilizzati in:
    Risonanza magnetica (MRI e NMR) - analisi medica (diagnostica) e chimica.
    Reattori a fusione (ITER, tokamak) - mantenere il plasma in fusione.
    Acceleratori di particelle (CERN, LHC) - guida e curvatura dei fasci di particelle.
    Treni Maglev - fluttuano sopra i binari grazie alla levitazione magnetica (ad esempio, il giapponese SC Maglev).
  2. Trasmissione di energia e di elettricità
    Cavi superconduttori - trasmissione di corrente senza perdite (testati in progetti come SuperGrid).
    Generatori e motori superconduttori - maggiore efficienza (ad esempio per turbine eoliche o navi).
    FES (Flywheel Energy Storage) - i cuscinetti superconduttori consentono un accumulo di energia quasi senza perdite.
  3. Tecnologie quantistiche
    Qubit nei computer quantistici (ad es. IBM, Google) - circuiti superconduttori come base di alcuni processori quantistici.
    SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) - sensori di campo magnetico estremamente sensibili (medicina, geofisica).

Ma è ancora una tecnologia che dipende dal raffreddamento con azoto liquido.

Nella prossima parte dell'articolo, mi concentrerò sulle implementazioni del maglev nei trasporti che sono vicine all'applicazione per i cittadini comuni. Il primo progetto è il Transrapid maglev di Shanghai, in Cina, che è in funzione a livello commerciale. Si tratta di un progetto costruito in collaborazione con i tedeschi nel 2004 e lungo 30,5 km. Si basa su elettromagneti convenzionali con bobine di rame che richiedono una fornitura costante di elettricità e ha una velocità massima di 430 km/h (velocità operativa). Il secondo progetto è il giapponese SC Maglev, basato sulla levitazione magnetica superconduttiva ma senza ridurre la pressione dell'aria intorno al treno.

Plánovaná trasa: Tokyo (Shinagawa) - Nagoya - Osaka
Délka: 438 km (di cui 90 % in tunnel sotto le montagne, comprese le Alpi giapponesi).
Rychlost: 505 km/h (massimo 603 km/h nei test).
Čas jízdy: Tokyo-Nagoya (286 km): 40 minuti (oggi 1,5 ore con il treno ad alta velocità Shinkansen).
Apertura prevista: 2027
Tokio-Osaka: 67 minuti (2,5 ore oggi). Apertura prevista: 2037

Il Santo Graal della ferrovia è l'hyperloop, un treno ad alta velocità su un binario a forma di tubo in cui l'aria viene pompata per ridurre la resistenza dell'aria e la turbolenza del treno. In Cina i treni viaggiano normalmente a 350 km/h e presto arriveranno a 450 km/h. A queste velocità la resistenza dell'aria (forza frenante) aumenta con il quadrato della velocità, per cui il funzionamento di questi treni è molto costoso in termini di consumo di elettricità, con conseguente aumento del prezzo dei biglietti. Se si vuole aumentare la velocità del treno a 1000-4000 km/h (superiore a quella di un normale volo aereo), è necessario ridurre la resistenza dell'aria al minimo, quindi l'aria viene pompata fuori dal tubo. La combinazione di levitazione magnetica superconduttiva e bassa resistenza dell'aria rende questo obiettivo realistico.

C'è solo un paese che sta lavorando all'implementazione, ed è la Cina.

Si tratta del progetto T-Flight Hyperloop in Cina. La pista di prova si trova vicino a Datong (Cina settentrionale, provincia dello Shanxi), a circa 300 km a ovest di Pechino. Attualmente è lunga 2 km, con possibilità di estensione a 60 km. Il progetto è guidato dalla China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC), una società statale di tecnologia spaziale. Si tratta di uno spazio chiuso con una pressione dell'aria molto bassa (fino a 99% di riduzione della resistenza aerodinamica in futuro).

La capsula galleggia sopra la pista grazie a magneti superconduttori ed è controllata dall'intelligenza artificiale senza alcun intervento umano. La velocità prevista è di oltre 1000 km/h (superiore a quella di un aereo). La priorità è trasportare merci e passeggeri (priorità alle merci). Il costo stimato per la costruzione di 1 km di hyperloop a doppio binario in Cina (esclusi i costi di sviluppo della tecnologia) è dell'ordine di 30-60 milioni di dollari, a seconda della complessità del percorso e della tecnologia utilizzata.

Confronto con altri sistemi di trasporto Costo di costruzione, esclusi i costi di sviluppo:
Tipo di trasporto Costo per 1 km (in Cina)
Hyperloop (doppio binario) 30-60 milioni di USD
Ferrovia ad alta velocità (HSR) 15-30 milioni di USD
Metro 50-150 milioni di USD
Maglev (Shanghai Transrapid) 60-100 milioni di USD

Rotte commerciali pianificate in Cina
La Cina sta valutando la possibilità di realizzare un hyperloop per collegare le principali zone economiche:

a) Corridoi per il trasporto merci ad alta velocità
Datong - Pechino (~300 km) - collega aree industriali e logistiche.
Shanghai - Hangzhou (~170 km) - Zona economica del Delta del fiume Yangtze.
Guangzhou (Guangzhou) - Shenzhen (Shenzhen) (~140 km) - hub tecnologico meridionale.

b) Percorsi passeggeri a lunga distanza
Pechino-Shanghai (~1.300 km) - competizione con treni ad alta velocità e aerei (4,5 ore oggi, l'hyperloop potrebbe ridurre a 1-1,5 ore). Questa tratta è la più trafficata della Cina e probabilmente del mondo.
Chengdu (Chengdu) - Chongqing (Chongqing) (~300 km) - collegamento delle megalopoli occidentali.

  1. Ambizioni internazionali (BRI - Belt and Road Initiative)
    La Cina vuole utilizzare l'hyperloop anche all'estero, soprattutto nei Paesi che partecipano alla sua iniziativa infrastrutturale globale:
    Asia centrale: ad esempio, Kazakistan (Astana - Almaty).
    Sud-est asiatico: Malesia (Kuala Lumpur - Singapore).
    Medio Oriente: Emirati Arabi Uniti (Dubai - Abu Dhabi)

La Cina dispone di fondi di investimento sufficienti, di maturità tecnologica e preferisce il trasporto terrestre a quello aereo, anche se i costi di investimento sono più elevati. Ciò è dovuto al desiderio di risparmiare sul consumo di carburante, dato che importa la maggior parte del petrolio e dei suoi aerei. I vantaggi sono evidenti: accelerazione del trasporto di merci e persone a velocità oggi inimmaginabili, riduzione del consumo di prodotti petroliferi, riduzione del costo del trasporto di un passeggero grazie all'utilizzo di meno elettricità rispetto ai treni convenzionali. Aumento della capacità di trasporto di merci e passeggeri sulla rotta più trafficata del mondo, Pechino-Shanghai.

PetrV