De hyperloop belooft al jaren de volgende stap in supersnel duurzaam vervoer te zijn. In een half uur van Amsterdam naar Parijs reizen, vijftig minuten reizen van de Nederlandse hoofdstad naar Frankfurt of drukke trajecten van versvervoer verlichten; de mogelijkheden zijn volgens voorstanders schier eindeloos. Toch blijft het daadwerkelijk neerzetten van het nieuwe vervoermiddel een uitdaging. De mogelijke routes zijn er al, maar de definitieve capsules en benodigde techniek nog niet. En dan moet de uiteindelijke infrastructuur ook nog worden aangelegd, iets wat niet zonder een flinke investering van zowel jaren aan tijd als miljarden aan euro's niet gebeurt.
In dit artikel kijken we naar hoe een team van de TU Delft probeert mee te werken aan de hyperloop, welke uitdagingen ze daarbij tegenkomen en hoe ze een oplossing proberen te vinden voor die uitdagingen. Maar allereerst is het goed om te begrijpen hoe Delft Hyperloop werkt. Het team bestaat uit bijna veertig studenten, maar het is niet een 'traditioneel' studentenproject waar de leerlingen studiepunten voor krijgen. De studenten zetten hun opleiding een jaar op pauze om aan het project te werken. Elk jaar is er dus een nieuw team, dat verdergaat met de basis die de vorige teams hebben gelegd. Het doel van het Delftse hyperloopteam is dan ook niet per se om een hyperloop van A tot Z te ontwikkelen, maar door met kleinere innovaties 'de implementatie van de hyperloop te versnellen'.
Veertig studenten, dertien disciplines
De veertig studenten studeren met dertien disciplines 'zo'n beetje alles wat hier op de TU Delft wordt gegeven'. Dan gaat het om bijvoorbeeld elektrotechniek, werktuigbouwkunde en informatica. Daarnaast doen er ook nog deelnemers van andere universiteiten en van hbo-opleidingen mee.
Ondersteboven hangende maglevtrein
Delft Hyperloop van dit studiejaar toonde in februari zijn Helios II-ontwerp. Het opvallendste aan dit ontwerp is de aandrijving. Het Helios II-ontwerp werkt als een soort ondersteboven hangende maglevtrein, met twee rails die boven in een bijna vacuümdichte tube hangen. De hyperloop hangt hier als het ware aan en wordt met magneten in de lucht gehouden en voortgestuwd.
Anders dan sommige andere hyperloopontwerpen, zitten die hang- en voortstuwingsmagneten in het geval van de Helios II echter in de capsule, niet in de rails. Waar bij andere hyperloops de capsule dus door actieve magneten in de rails wordt voortgestuwd, doet de Helios II-capsule dit zelf met magneten en koperen spoelen op de pod. Het team doet dit vooral voor de schaalbaarheid, zegt teamlid en fullscale-engineer Lidwin de Wit. "Als je de magneten in de baan hebt hangen, dan betekent dat dat je over de hele baan koperen spoelen en andere zeldzame materialen moet plaatsen. Dat kost veel geld." Door de spoelen en andere actieve onderdelen in de pod te plaatsen, kunnen de hyperloopbuizen goedkoper worden geplaatst, is het idee van het team.
:strip_exif()/i/2005833432.jpeg?f=imagemedium)
van de Helios II
De baan moet uiteindelijk stalen tanden bevatten, waar de linear flux-switching permanent magnet motors de capsule mee kunnen voortbewegen. De magneten van die motoren schakelen steeds aan en uit, waardoor ze steeds een volgende stalen tand aangrijpen en weer loslaten. Door dit op tijd te doen, kan de capsule zich voortbewegen over de baan.
Die voortstuwing in de capsule heeft echter twee nadelen: ten eerste hebben die magneten natuurlijk energie nodig en ten tweede zorgt het ontwerp voor veel hitteproductie. Die hitte kan niet zomaar met ventilators worden weggedragen. Hyperloops werken met vrijwel vacuümdichte buizen, dus is er ook niet genoeg lucht om de hitte af te voeren. Daarom werkt het Helios II-ontwerp met warmtebatterijen, om daar warmte mee af te kunnen voeren.
Paraffinebatterij
Die warmtebatterij werkt op basis van een phase-change material, in dit geval paraffine. Dit wasachtige materiaal slaat hitte op en smelt daarbij. "Daarna zou je die hitte-energie voor iets anders kunnen gebruiken, maar dat is niet iets waar we nu op focussen", zegt teamcaptain Umika Bhagole. "Het idee is dat de warmtebatterij tijdens de reis de hitte opneemt en dat je bij een station de batterij kan vervangen door een afgekoeld exemplaar." Andere mogelijkheden voor warmteafvoer zijn het afstralen van de hitte, 'alleen is er weinig ruimte om de pod heen om de hitte naartoe te stralen', en het gebruiken van blokken ijs aan de buitenzijde van de pod, die de hitte kunnen opnemen. "Uiteindelijk hangt het er ook vanaf hoeveel warmte een pod daadwerkelijk produceert, wat voor vorm van hitteafvoer er gebruikt moet worden. Zo zijn er variabelen als hoe snel de pod gaat, hoe lang de pod reist en wat er wordt vervoerd, die kunnen bepalen welke koelmethode er nodig is." Een pod die op relatief korte afstand gekoelde versproducten moet transporteren heeft namelijk andere hitteafvoer nodig dan een pod die mensen over een langere afstand moet vervoeren, is het idee.
:strip_exif()/i/2005833434.jpeg?f=imagenormal)
Het tweede minpunt heeft te maken met de energievoorziening. Een capsule die zichzelf voortstuwt, moet natuurlijk ook op de een of andere manier energie hebben om die magneten te laten werken. Het team gebruikt voor het huidige prototype nog een lithiumionaccu, met het nadeel dat die weer extra ruimte inneemt. Hoeveel ruimte dat is, hangt af van de grootte van de accu, wat weer afhangt van hoe ver de pod tussen stations moet reizen. Die accu zou dan bij een station opgeladen of verwisseld kunnen worden. Een alternatief waar het team aan denkt, is het draadloos laden van de pod met inductieladen, vergelijkbaar met de Qi-standaard voor telefoons. "Op de buizen zouden we dan zonnepanelen kunnen plaatsen, die energie opwekken om daarmee de pod van energie te kunnen voorzien." Dit betekent dat er dan alsnog koper in de buizen moet worden verwerkt, zij het minder dan wanneer de buis de pod zou voortstuwen.
Belangrijke vraagstukken hierbij zijn wel in hoeverre die warmtebatterij en accu aan ruimte gaan innemen in de pod, en of deze hierdoor niet te zwaar wordt. De warmtebatterij bevat bijvoorbeeld 4kg aan parrafine, maar hierbij gaat het nog om een prototype dat niet bestemd is voor daadwerkelijk vervoer van goederen of personen op lange afstand. De pod om mensen of vracht te vervoeren, zal dan ook groter zijn en daarbij een grotere warmtebatterij nodig hebben. Het team beseft dat hier nog over moet worden nagedacht, maar kijkt vooralsnog voornamelijk naar wat er technisch mogelijk is. Een los team van Hyperloop Delft kijkt weer naar de sociaaleconomische aspecten van de technische oplossingen en in hoeverre ze in de praktijk toegepast kunnen worden.
Een ander punt waar dit team op gaat focussen, is dat de pod volledig zweeft. De voorganger van de Helios II zweefde al in de hoogte, maar gebruikte wieltjes aan weerszijden van de pod om in het midden van de baan te blijven. Dit zorgde voor rolweerstand, terwijl het idee van de hyperloop juist is om de rol- en luchtweerstand zoveel mogelijk te verminderen. Met extra magneten aan weerszijden van het hangsysteem van de pod, wil het team ervoor zorgen dat de pod aan alle kanten in de buis blijft zweven. Zo kan de capsule sneller en efficiënter reizen, om steeds dichter bij de beloofde snelheid van 1000km/u te kunnen komen.
TU Delft Dream Teams
Het programma bestaat sinds de millenniumwisseling en heet sinds 2009 Dream Teams. Aan het programma doen dit schooljaar vijf teams mee. Het gaat dan onder meer om teams die al vaker bij Tweakers zijn langsgekomen, zoals het Project March-exoskelet en waterstofautoteam Eco-Runner. Een ander voorbeeld is een studententeam dat meedoet aan internationale kunstmatige-intelligentiewedstrijden met het doel om de wereld te verbeteren, zoals op het gebied van klimaatverandering. De teams krijgen van de universiteit ondersteuning en ruimte in een hal met werkplaatsen en machines.
Los van het onderzoek en innoveren, heeft het werk van de studenten een specifiek doel. Delft Hyperloop valt namelijk onder het Dream-programma van de TU Delft, waarbij studententeams van de universiteit een fysieke werkplek in een loods krijgen om samen met andere teams aan hun projecten te werken. De voorwaarde van een Dream-project is dat er een competitie is verbonden aan het project. In het geval van Delft Hyperloop is dit de European Hyperloop Week, een jaarlijks internationaal evenement waarbij studententeams met elkaar strijden op het vlak van de hyperloop. Het Delftse team is nu wereldkampioen en hoopt in juli bij de volgende editie de titel te kunnen prolongeren. Daarbij heeft Delft Hyperloop een voorsprong, omdat zij als een van de weinige teams een compleet hyperloopsysteem laten zien. "Andere teams laten bijvoorbeeld alleen het zweefonderdeel zien, zonder een hele capsule daaraan vast."
De vraag blijft echter of de hyperloop toekomst heeft. Het team van Delft Hyperloop denkt, niet geheel verwonderlijk, van wel. "Wij merken dat het op technisch vlak best wel snel gaat", zegt Bhagole. "Elk jaar zijn er weer nieuwe ideeën en zijn we een stapje dichter bij een werkende hyperloop. Ik denk dat het vervoeren van mensen het grote vraagstuk is: of genoeg mensen dat wel zullen willen. Daarom denken we dat de hyperloop eerst voor vrachtvervoer gebruikt zal worden, om zo ook de acceptatie van het vervoermiddel te vergroten en de veiligheidsperceptie te vergroten. We denken dat het richting 2040 zal zijn voordat de hyperloop voor goederen kan worden gebruikt en dat het nog tien jaar zal duren voor we er mensen mee kunnen vervoeren."
:strip_exif()/i/2005833436.png?f=thumblarge)
Mocht dit alsnog niet gebeuren, dan is het project volgens de teamcaptain niet zonder waarde. "Onze ontdekkingen kunnen namelijk ook buiten de hyperloopwereld van pas komen. Zo ontwikkelen we met ons team koelingsmethodes die ook voor andere sectoren van pas kunnen komen, zeker in omstandigheden met een lage luchtdruk." Ook de innovaties die het team doet op het vlak van voortstuwing en magnetische levitatie zouden voor andere branches gebruikt kunnen worden. "Ik denk daarom zeker dat het goed is dat dit studentenproject bestaat."
Delft Hyperloop staat niet alleen
Naast studententeams als Delft Hyperloop, werken meerdere bedrijven aan een hyperloopimplementatie. Musk en zijn bedrijven zijn er deels bij betrokken, maar bedrijven als Hardt en Hyperloop One zijn nog volop bezig met de nieuwe transportmethode. Eerstgenoemde is ook in Nederland actief en kent eveneens zijn oorsprong in Delft. Hardt werkt aan een testbaan van bijna drie kilometer in Groningen. Deze testbaan is onderdeel van een European Hyperloop Center, dat Hardt wil openstellen voor andere hyperlooppartijen. Hier moet ook onderzoek naar de inzetbaarheid van hyperloops gedaan kunnen worden, evenals onderzoek naar een Europese standaard. Die testbaan had vorig jaar klaar moeten zijn voor gebruik, maar in februari werd nog gewerkt aan een frame waarin de hyperlooprails geplaatst moeten worden. De EHC zegt nu dat dit jaar wordt gestart met de bouw van een 420 meter lange testbaan, die eind 2023 klaar moet zijn. Later wordt deze testbaan verplaatst en onderdeel van de 2,6 kilometer lange testbaan.
:strip_exif()/i/2003229272.jpeg?f=imagemedium)
Deze baan speelt een rol binnen een groter Nederlands hyperloopproject, waarbij ook overheden zijn betrokken. De partijen willen onderzoeken in hoeverre een hyperloopverbinding tussen Rotterdam en Amsterdam haalbaar is voor goederenvervoer, specifiek bloemen en fruit. Hierbij werd erover gesproken dat in 2026 mogelijk de eerste capsules door de buizen zouden gaan, al lijkt dit door het uitstel van de EHC-baan inmiddels minder waarschijnlijk.
Een andere grote hyperlooppartij is Hyperloop One, al heette dit bedrijf eerder nog Virgin Hyperloop. Die naamswijziging naar Hyperloop One komt door een recente koerswijziging van het bedrijf, waarbij de focus op vrachtvervoer komt te liggen. Deze strategiewijziging zou ervoor moeten zorgen dat het bedrijf 'op een wendbare en kostenefficiënte manier' kan reageren op bijvoorbeeld marktontwikkelingen. Het opvallende aan de wijziging is dat juist Hyperloop One van alle bedrijven het verst was met onderzoek naar het vervoeren van personen. Het toenmalige Virgin Hyperloop voerde in 2020 namelijk de eerste praktijktest ter wereld uit met passagiers. De potentiële maximale snelheid van 1000km/u werd bij lange na niet gehaald; op de vijfhonderd meter lange baan gingen de twee passagiers maximaal 173 km/u. Ook Hyperloop One werkt inmiddels met pods die zichzelf voortbewegen, zoals Delft Hyperloop.
De vraag blijft of hyperloop daadwerkelijk het vervoermiddel van de toekomst is, en zo ja, wanneer de eerste tickets dan verkocht zullen worden. Carlo van de Weijer, mobiliteitsexpert en fellow bij de Technische Universiteit Eindhoven, zei eerder tegen The New York Times dat de voordelen niet opwegen tegen de nadelen. Die nadelen zijn vooral de 'immense' kosten om de benodigde infrastructuur op te zetten.
Hij ziet meer in het investeren in het schoner maken van vliegtuigen, omdat er al infrastructuur is voor vliegtuigen en het bovendien goedkoper is om dit uit te breiden. "Als je twee kilometer aan hyperloopbaan bouwt, kun je twee kilometer met een hyperloop. Als je een landingsbaan van twee kilometer legt, kan je over de hele wereld vliegen." Tegelijk ziet hij de meerwaarde wel in van studentenprojecten zoals Delft Hyperloop: "Je traint zo heel goede ingenieurs. Maar de hyperloop lost geen significant probleem op dat de kosten rechtvaardigt. Kleine testtracks komen er misschien nog wel, maar een hyperloopsysteem dat goederen of passagiers kan vervoeren, komt er niet."
Bannerfoto: Naeblys / Getty Images