Wie werden die Personenzüge der Zukunft aussehen?

Als der schottische chinesische Gelehrte James Legge im Frühjahr 1873 Shanghai nach Peking verließ, dauerte die Reise zwei Wochen. Zuerst gelangte er mit dem Boot nach Tianjin und dann mit dem Maultier in die chinesische Hauptstadt. Heute dauert die gleiche Fahrt von 1200 km mit der Hochgeschwindigkeitsbahn etwas mehr als vier Stunden. Der Flug zwischen den beiden Städten dauert zwei Stunden und 20 Minuten. Was Europa betrifft, gibt es Hochgeschwindigkeitszüge des Typs Frecciarossa von Mailand nach Rom, die das Ziel in weniger als drei Stunden erreichen können, und von Tokio nach Osaka – Hochgeschwindigkeitszüge des Shinkansen – in zweieinhalb Stunden.

Noch nie waren die Menschen so schnell und einfach unterwegs wie heute. Diese Bequemlichkeit hat jedoch ihren Preis: Der Verkehr ist für 20 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich, und in den letzten drei Jahrzehnten ist die Rate der Kohlendioxidemissionen aus dem Verkehr schneller gestiegen als aus jeder anderen Quelle. Dies gilt insbesondere Lufttransport, deren Emissionen schneller zunahmen als beim Schienen- oder Straßenverkehr. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage: Ist es möglich, mit hoher Geschwindigkeit zu reisen, ohne den Planeten zu zerstören? Und wenn ja, wie?

Schneller, sauberer, umweltfreundlicher und mit fortschrittlichen Technologien ausgestattet: Die Schiene ist das einzige Transportmittel, das derzeit alle Chancen hat, die Grundlage für die Befriedigung unserer zukünftigen Mobilitätsbedürfnisse zu werden. Da im Jahr 200 der 2025. Jahrestag der ersten Personenbahn bevorsteht, sind Züge wichtiger denn je, um in einer Welt, die mit den Herausforderungen des Klimawandels, der zunehmenden Urbanisierung und des Bevölkerungswachstums konfrontiert ist, eine nachhaltige Mobilität sicherzustellen. Die weltweite Stadtbevölkerung wächst mit einer Geschwindigkeit von zwei Menschen pro Sekunde und bringt jeden Tag 172800 neue Stadtbewohner hervor. Während die Bevölkerung in einigen Regionen der Welt, wie etwa Europa und Japan, zurückgeht, wird erwartet, dass 90 % des Bevölkerungswachstums in Städten und Megastädten in Entwicklungsländern stattfinden wird.

Damit sich diese schnell wachsenden Städte, Regionen und Metropolen bewegen können, ist ein leistungsfähiger öffentlicher Nahverkehr nicht nur wünschenswert, sondern notwendig.

Wie schnell können Hochgeschwindigkeitszüge sein?

Elegante neue „Hochgeschwindigkeitszüge“ sorgen oft für Schlagzeilen, da das Streckennetz in Europa und Asien weiter wächst. In Ländern wie Frankreich, Deutschland, Spanien, Indien, Japan und anderen Ländern sind neue Strecken geplant oder bereits im Bau in viel größerem Maßstab in China, wo das Hochgeschwindigkeitsnetz bis 2025 eine Länge von 50000 km erreichen wird.

Wenn die umstrittene Hochgeschwindigkeitsstrecke 2030 (HS2) Anfang der 2er Jahre aufgrund von Budgetüberschreitungen und gefährdeten Landschaften fertiggestellt wird, wird England über die schnellsten regulären Züge der Welt verfügen, die normalerweise mit 362 km/h fahren, aber eine Geschwindigkeit von bis zu 400 km/h erreichen können bis XNUMX km/h.

Durch die Kombination japanischer Hochgeschwindigkeitszugtechnologie mit britischem Design wird die 2 Milliarden US-Dollar teure HS2,5-Flotte den Fernverkehr zwischen London und den englischen Midlands und nördlichen Städten revolutionieren. Durch die Verlagerung des Fernverkehrs auf HS2 werden auch dringend benötigte Kapazitäten auf den bestehenden Bahnstrecken frei, um mehr lokale Passagiere und Güter zu befördern.

Nach mehreren Jahrzehnten Betrieb sind Länder wie Frankreich, Japan und China jedoch zu dem Schluss gekommen, dass die Vorteile des Betriebs von Hochgeschwindigkeitszügen mit Geschwindigkeiten über 320 km/h die deutlich höheren Wartungs- und Energiekosten überwiegen. Nun beschränken sich die anerkannten Marktführer für Hochgeschwindigkeitszüge in Japan und China nicht nur auf die „Stahl auf Stahl“-Technologie, sondern entwickeln Züge, die Geschwindigkeiten von bis zu 600 km/h erreichen können.

Das Konzept von Hochgeschwindigkeitszügen, die auf speziellen Gleisen mit Magnetschwebebahn (Magnetschwebebahn) fahren, wird seit mehr als 50 Jahren als „Zukunft des Reisens“ angepriesen, abgesehen von einigen experimentellen Strecken und einer chinesischen Route, die die Innenstadt von Shanghai mit dem Flughafen verbindet Dabei ist es größtenteils theoretisch geblieben.

Aber nicht lange. Japan investiert 72 Milliarden US-Dollar in das Chuo-Shinkansen-Projekt, das den Höhepunkt einer mehr als 40-jährigen Entwicklung der Magnetschwebebahn darstellen wird. Die 286 Kilometer lange Strecke wird Tokio und Naga in nur 40 Minuten verbinden und soll schließlich bis Osaka verlängert werden, wodurch die 500 Kilometer lange Fahrt von der Hauptstadt auf 67 Minuten verkürzt wird. Der Bau begann im Jahr 2014 und sollte ursprünglich bis 2027 abgeschlossen sein (die Eröffnung der Strecke Nagoya-Osaka zehn Jahre später), aber Probleme bei der Erlangung der Genehmigung für einen Streckenabschnitt führen dazu, dass der Eröffnungstermin derzeit nicht bekannt ist. Verzögerungen und enorme Kostenüberschreitungen haben viele dazu veranlasst, den wirtschaftlichen Wert des Projekts in Frage zu stellen.

Solche Schwierigkeiten werden in China wahrscheinlich nicht auftreten, da das Land ebenfalls Magnettransportlinien als Alternative zum Kurzstreckenflugverkehr baut und eine blitzschnelle Fortbewegung durch seine dicht besiedelten städtischen Gebiete ermöglicht. China plant, „dreistündige Kreisverkehre“ um seine Großstädte herum einzurichten und so Städtecluster zu wirtschaftlichen Kraftwerken zu machen.

Mehr als 120 Millionen Menschen leben bereits im Süden des bevölkerungsreichsten Landes der Welt, der Region des Perlflussdeltas, die Hongkong, Guangzhou und Shenzhen umfasst. Chinesische Planer hoffen, neun Städte in der Region zu einer städtischen Agglomeration von 26000 Quadratkilometern zusammenzulegen. Magnetkissenrouten sind für die Strecken Shanghai-Hangzhou und Chengdu-Chongqing sowie für viele andere geplant, sofern sie sich als erfolgreich erweisen.

In anderen Ländern der Welt könnten enorme Kosten und die mangelnde Integration in bestehende Eisenbahnen ein Hindernis für die weitere Verbreitung der Magnetschwebebahn-Technologie darstellen. China hat in seinen dicht besiedelten Städten bereits mit Staus und Umweltverschmutzung zu kämpfen und hat allein im Dezember 2021 29 neue U-Bahnlinien mit einer Gesamtlänge von 582 km eröffnet. Viele andere Länder mit wachsenden Städten müssen bald nachziehen, wollen sie nicht überfordert werden.

Um diese Erwartungen zu erfüllen, muss die Bahnindustrie jedoch schnell in mehrere Richtungen vorgehen, um deutlich mehr Kapazität, mehr Effizienz, Zuverlässigkeit und Erschwinglichkeit zu bieten.

Unbemannte Züge

Automatisierten Verkehr gibt es schon seit Jahrzehnten – die Victoria-Linie der Londoner U-Bahn wird seit ihrer Eröffnung im Jahr 1967 teilweise auf diese Weise betrieben –, beschränkt sich jedoch in der Regel auf autonome Linien mit identischen Zügen, die in festen Abständen verkehren.

In den letzten Jahren war China führend bei fahrerlosen Eisenbahnen, insbesondere durch die Einführung der weltweit einzigen autonomen Hochgeschwindigkeitszüge, die zwischen Peking und den Olympischen Winterspielen 300 mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2022 km/h verkehren. Japan experimentiert auch mit „Hochgeschwindigkeitszügen“, die autonom von Terminals zu Wartungsdepots fahren können, wodurch die Fahrer mehr Zeit haben, profitablere Züge zu betreiben.

Allerdings ist der Einsatz fahrerloser Züge auf autonomen Strecken eine Sache. Es ist viel schwieriger, ihren sicheren Betrieb auf herkömmlichen Eisenbahnen mit gemischter Nutzung zu gewährleisten, auf denen Personen- und Güterzüge mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften, Geschwindigkeiten und Gewichten gemischt werden.

Big Data und das sogenannte Internet der Dinge werden es den Verkehrsträgern ermöglichen, miteinander und mit der Umwelt zu interagieren und so den Weg für ein stärker integriertes, intermodales Reisen zu ebnen. Intelligente Roboter werden bei der Inspektion von Infrastrukturen wie Tunneln und Brücken sowie bei der effektiven Instandhaltung alternder Bauwerke eine größere Rolle spielen.

Auswirkung auf die Umwelt

Trotz der nachgewiesenen Umweltfreundlichkeit im Vergleich zum Flugverkehr haben die Bahnen noch einen langen Weg vor sich, um ihre eigenen CO2050-Emissionen und die Umweltverschmutzung durch Dieselmotoren zu reduzieren. Im Einklang mit den Klimaschutzzielen der Vereinten Nationen haben sich viele Länder dazu verpflichtet, Dieselzüge bis XNUMX oder sogar früher abzuschaffen.

In Europa und vielen Teilen Asiens sind die meisten der verkehrsreichsten Strecken bereits elektrifiziert, die Situation variiert jedoch von fast 100 % Elektrifizierung in der Schweiz über weniger als 50 % im Vereinigten Königreich bis hin zu fast Null in einigen Entwicklungsländern. In Nordamerika dominiert Diesel – insbesondere auf den dominierenden Güterbahnstrecken – und in Europa und Asien besteht nicht der gleiche Appetit auf Elektrifizierung.

Die Batterietechnologie wird voraussichtlich eine wichtige Rolle bei der Abkehr vom „schmutzigen Diesel“ spielen, sowohl im Schwerlastverkehr als auch auf ruhigen Passagierstrecken, auf denen eine vollständige Elektrifizierung nicht gerechtfertigt ist. Derzeit werden zahlreiche batteriebetriebene Prototypen getestet oder entwickelt, und mit fortschreitender Technologie dürfte die Abhängigkeit der Bahn vom Diesel noch in diesem Jahrzehnt abnehmen.

Für andere ist Wasserstoff eine große Hoffnung für die Dekarbonisierung des Schienenverkehrs. Grüner Wasserstoff, der in speziellen Anlagen mit erneuerbaren Stromquellen erzeugt wird, kann zum Antrieb von Brennstoffzellen genutzt werden, die Elektromotoren antreiben.

Der französische Zughersteller Alstom ist mit seinem wasserstoffelektrischen Zug Coradia iLint führend, der 2018 seine ersten Passagiere beförderte und den Weg für Serienversionen ebnete, die derzeit für mehrere europäische Länder gebaut werden.

Auch Eisenbahnen auf der ganzen Welt stehen vor Herausforderungen im Zusammenhang mit Naturkatastrophen. Neue und umgebaute Eisenbahnstrecken werden zunehmend unter Berücksichtigung des sich ändernden Klimas konzipiert: Eine verbesserte Entwässerung, Umweltschutz und die Wiederherstellung natürlicher Landschaften tragen dazu bei, die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Eisenbahnen zu erhöhen.

Unterdessen hat das Bewusstsein für die Umweltschäden, die Flugreisen verursachen, bereits zu einer Wiederbelebung des Nachtzugverkehrs in Europa geführt.

Hyperloop: der Zug der Zukunft. Oder nicht?

Wenn wir über die Züge der Zukunft sprechen, sollten wir natürlich über die Hyperloop-Technologie sprechen. Mit einem Vakuum eine Geschwindigkeit von mehr als 1000 km/h erreichen – das ist es, worüber wir reden. Vielen zufolge wird es die Art und Weise, wie wir uns fortbewegen, revolutionieren. Aber es gibt berechtigte Zweifel. Vereinfacht ausgedrückt ist dies ein Zug in einer Röhre. Es funktioniert, indem es zwei Faktoren eliminiert, die Fahrzeuge verlangsamen: Luft und Reibung. Das Hyperloop-System besteht aus zwei Hauptelementen: Röhren und Kapseln. In den Rohren herrscht nahezu Vakuum. Kapseln sind unter Druck stehende Fahrzeuge, die sich in Röhren bewegen. Die Idee besteht darin, Permanentmagnete am Fahrzeug zu verwenden.

Wie Triebwagen fahren auch Pods in Konvois. Während Waggons miteinander verbunden sind, können Hyperloop-Kapseln zu verschiedenen Zielen fahren. Wie beim Fahren auf der Autobahn kann jeder von ihnen von der Straße abkommen und die Bewegungsrichtung ändern. Sie können sich den Spalten anschließen oder sie verlassen, je nachdem, in welche Richtung sie gehen. Hyperloop-Transportsysteme sind vollständig elektrisch. Zusätzlich zu den Motoren wird ein Satz Magnete verwendet, um die Kapseln jeden Kilometer voranzutreiben. Durch die nahezu vollständige Abwesenheit von Luftwiderstand und Reibung kann auf einen permanenten Antrieb verzichtet werden. Daher wird weniger Energie benötigt.

Im Jahr 2013 veröffentlichte Elon Musk ein technisches Dokument, in dem er die Funktionsweise eines Vakuumröhren-Transportsystems beschrieb. Seitdem haben mehrere Teams auf der ganzen Welt damit begonnen, an diesem Mobilitätskonzept zu arbeiten.

Der Hyperloop ist immer noch eine große technische Herausforderung. Obwohl es sich auf dem Papier als machbar erwiesen hat, gibt es in der Praxis noch viele weitere Herausforderungen. Zusätzlich zu den erheblichen Anlaufkosten erfordert die Rohrabdichtung erhebliche Wartungskosten. Hyperloop-Schienen bestehen aus Stahl, der sich je nach Außentemperatur ausdehnt und zusammenzieht. Die Folge sind lockere Verbindungen. Dies kann zu erheblichen Wartungskosten führen. Ein weiterer Punkt ist der Erwerb von Grundstücken. Darüber hinaus müssen viele Sicherheitsaspekte noch geklärt werden – das Reisen kann bei Ausfällen deutlich gefährlicher werden. Bei einer solch hohen Geschwindigkeit kann es bei den Passagieren zu Schwindelgefühlen kommen, außerdem haben sie während der Fahrt nur begrenzte Bewegungsfreiheit.

Mehrere Gruppen in Europa und der Welt arbeiten an Hyperloop-Anwendungen. Allerdings sind die zu bewältigenden Herausforderungen – Finanzierung, Sicherheit und Land – immer noch große Hindernisse für den Hyperloop-Einsatz. Bis sie gelöst sind, wird die Idee, mit der U-Bahn zu reisen, ein Traum bleiben.

Schlussfolgerungen

Es wird geschätzt, dass bis 2050 Personen- und Güterbahnen das Rückgrat unserer Verkehrsnetze bilden und Fernstrecken zwischen multimodalen Knotenpunkten Teil lokaler Netze sein werden. Mit der notwendigen politischen und technischen Unterstützung wird die Schiene auch im internationalen Verkehr eine immer wichtigere Rolle spielen und eine hochwertige Alternative zum Straßenverkehr und zum Kurzstreckenflugverkehr darstellen.

Auf absehbare Zeit werden die Investitionen weltweit noch immer weitgehend auf traditionellen Stahl-auf-Stahl-Eisenbahnen basieren. Es besteht kein Grund daran zu zweifeln, dass sie auch in den nächsten Jahrzehnten – wie schon seit fast 200 Jahren – die Zukunft des Schienenverkehrs bestimmen wird.

Nun, das sind alles Möglichkeiten, wie wir uns eines Tages fortbewegen können, ohne der Umwelt zu schaden. Doch vorerst ist die Zukunft bereits da: Die Hochgeschwindigkeitsbahn bietet eine schnelle und kohlenstoffarme Möglichkeit, zwischen Städten zu reisen. Wenn James Legge heute nach Peking reisen würde, bräuchte er kein Schiff und schon gar kein Maultier. Er würde einfach in den Zug einsteigen.

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