Tækni

Bílar svífa á methraða eftir nýrri grænni hraðbraut

Vísindamenn hyggjast byggja nýja hraðbraut sem getur fengið bíla til að svífa af stað á allt að 1.000 km/klst. – og á sama tíma flytja loftslagsvænt vetni og rafmagn fyrir grænt orkunet framtíðar. Tæknin er þegar til staðar.

BIRT: 23/05/2024

Á rannsóknarstofu einni við University of Houston svífur 7 cm langur leikfangabíll frítt í loftinu yfir málmteinum. Eðlisfræðiprófessorinn Zhifeng Ren ýtir lítillega við litla bílnum og hann þýtur af stað yfir teinana – ennþá svífandi í loftinu.

 

Þessi litla tilraunauppstilling virðist ekki vera neitt sérstaklega merkileg en kannski felur hún í sér fyrsta skrefið í átt að framtíð þar sem við getum öll svifið á bílum okkar á hraðbrautum og náð allt að 1000 km hraða á klst.

 

Þetta á að vera mögulegt með tvenns konar tækni; annars vegar með vetni sem hægt er að framleiða með umframorku frá vindmyllum og sólarsellum og hins vegar með ofurleiðandi efnum. Takist að samþætta þetta tvennt á nýjan máta verður hægt að ferðast þvert yfir Evrópu á mettíma – með langtum minni losun á koltvísýringi.

 

Kalt vetni er lykillinn
Zhifeng Ren er dags daglega forstöðumaður rannsóknarmiðstöðvarinnar Texas Center for Superconductivity við University of Texas. Einnig fer hann fyrir teymi vísindamanna sem hefur komið fram með hugmyndina að ofurhraðbraut, þar sem hægt verður að senda bíla milli áfangastaða á methraða og hann óttast ekkert að vera ásakaður um að taka of stórt upp í sig.

 

„Þetta er án nokkurs vafa eitthvað sem á eftir að gjörbreyta tækninni í heiminum“, segir eðlisfræðiprófessorinn í viðtali.

 

En til þess að skilja hvers vegna Ren er svona uppveðraður yfir möguleikum tækninnar, er tilhlýðilegt að skoða nánar grænu umskiptinguna hvort heldur hún varðar flutningaleiðir eða orku – og síðan kafa ofan í fyrirbærið ofurleiðni.

Vísindamenn við University of Houston hafa fengið leikfangabíl til að svífa yfir „vegarspotta“ í einni tilraun. Nú hyggjast þeir stækka hugmyndina í hraðbrautarstærð.

Talið er að vetni eigi eftir að verða mikilvæg orkulind í yfirvofandi orkuskiptum. Frumefni þetta er hið algengasta í heiminum en við getum ekki bara sogað það úr andrúmsloftinu eða dælt því upp úr jarðlögum. Hins vegar er hægt að kljúfa það úr vatnssameindum með rafgreiningu sem má knýja með umframorku frá sólarsellum eða vindmyllum.

 

Þessu næst er hægt að nýta vetnið sem eldsneyti í bíla, flutningabíla og flugvélar eða til að framleiða ammoníak sem er talið lofa góðu sem framtíðareldsneyti fyrir skipaflutninga. En fyrst þarf að flytja vetnið þangað sem stendur til að nota það.

 

Og þar kemur þessi nýja hugmynd Zhifeng Rens til sögunnar: Ímyndaðu þér venjulega hraðbraut en undir yfirborði hennar liggja leiðslur með vetni sem búið er að kæla niður í -252,8 °C sem gerir gasið fljótandi.

 

Þannig er ekki einungis hægt að flytja vetnið milli staða, heldur er einnig hægt að gera það með eldfljótum flutningi á rafmagni. Þetta fimbulkalda vetni má nefnilega nýta til að kæla niður efni þannig að þau verði ofurleiðandi.

1.000 km/klst. gæti nýi hámarkshraðinn verið á hraðbrautum með ofurkældu vetni.

Árið 1911 uppgötvaði hollenski eðlisfræðingurinn og Nóbelsverðlaunahafinn Heike Kamerlingh Onnes að hægt er að gera málma að ofurleiðurum með því að kæla þá nægjanlega mikið niður.

 

Það gerir að verkum að rafstraumur getur farið í gegnum efnið án nokkurrar mótstöðu og þá tapast heldur ekki nein orka, eins og gerist í venjulegum rafmagnsköplum.

 

Reyndar er mjög örðugt að nota ofurleiðandi efni vegna þess hve mikið þarf að kæla þau niður. Um mitt árið 2023 má segja að mikið fjaðrafok hafi átt sér stað innan þessa fræðasviðs þegar vísindamenn frá S-Kóreu staðhæfðu að þeim hefði tekist að búa til efni sem væri ofurleiðandi við stofuhita. Kollegar þeirra um heim allan reyndu að endurtaka forskrift þeirra án nokkurs árangurs.

 

Til þess að ná fram ofurleiðni þarf því ennþá að kæla efnin rækilega niður en hvað hraðbrautina hans Zhifeng Rens og kollega varðar, þá er kælikerfið þegar til staðar.

 

Þeir hyggjast staðsetja efnið yttríumbaríumkoparoxíð ofan á leiðslurnar, þannig að þær verði ofurleiðandi. Takist það þá verður hægt að flytja bæði vetni og rafmagn yfir miklar fjarlægðir í gegnum kerfi hraðbrauta, án þess að orka tapist.

Til að forðast slys verða sjálfkeyrandi bílar að læra að vera hræddir. Með því að mæla hjartslátt fjölda þáttakenda lærir tölvan hvaða aðstæður á að forðast.

Þegar fimbulkalt vetnið er komið í leiðslurnar og efnið í veginum verður ofurleiðandi, opnast möguleikinn á nýrri gerð „mótora“ í bílunum sem þeysast milli staða fyrir ofan – það er gert með seglum.

 

Þegar efni verður ofurleiðandi mun það þrýsta frá sér sérhverju segulsviði sem nálgast það. Þessa þekkingu hafa menn nýtt m.a. í japönskum maglev-lestum (magnetic levitation). Seglar í teinunum og ofurleiðarar í lestarvögnunum gera að verkum að lestin sjálf svífur í loftinu 10-15 cm fyrir ofan lestarteinana. Þar sem viðnámið felst aðallega í loftmótstöðu geta slíkar lestir náð hraða sem nemur 5-600 km/klst.

Segullestir eru hraðastar á teinum

Segulmagn þeytir heimsins hraðskreiðustu lest áfram en hraðasta farartæki heims er flugvél sem þýtur í átt að mörkum geimsins.

 

– 1. Kínversk flughafnarlest nær 460 km/klst.

Shanghai Transrapid er hraðskreiðasta lestin í heiminum. Þessi kínverska maglev-lest flytur farþega frá flugvellinum til kínversku stórborgarinnar Shanghai með hraða sem getur náð 460 km/klst.

– 2. Bugatti setur hraðamet með 490,5 km/klst.

Árið 2019 setti prufuökumaðurinn Andy Wallace hraðamet með 490,5 km/klst. Bugatti Chiron Supersport 300+ er því hraðskeiðasti fjöldaframleiddi bíll í heimi.

– 3. Geimflaug flytur ferðamenn með 3.700 km/klst.

Geimflauginni Spaceship Two Unity frá Virgin Galactic er lyft upp í 15 km hæð með burðarflugvél en síðan þýtur hún hærra í loft upp á um 3.700 km/klst., þar til farþegarnir geta notið þess að sjá alla jörðina í fáeinar mínútur.

Í nýju ofurhraðbrautunum eru sömu áhrif nýtt, bara með öfugum formerkjum: Ofurleiðararnir liggja í veginum en seglunum er komið fyrir í undirvagni bílanna.

 

Kostirnir vega upp kostnaðinn

Zhifeng Ren er fyrstur manna til að viðurkenna að kostnaður við slíka framkvæmd yrði himinhár.

 

„En ef litið er á þá miklu kosti sem felast í flutningi á rafmagni án taps, sem og vetni, auk þess mikla hraða sem bílar geta ferðast á, þá mun þetta borga sig,“ segir hann.

 

University of Houston hefur sótt um einkaleyfi á þessum búnaði og Zhifeng Ren bætir við að hann og kollegar hans vinni nú markvisst að smíði tilraunabrautar í fullri stærð yfir stutta vegalengd.

 

Verði hugmynd þeirra einhvern tímann raungerð í einhverju hraðbrautarkerfi, þá getur þú gert þér eftirfarandi í hugarlund: Þegar þú ekur í bíl þínum og beygir inn á hraðbraut, þá fer bíll þinn allt í einu að svífa og gæti mögulega náð allt að 1.000 km/klst. yfir lengri vegalengdir á ofurleiðandi vegum.

Svona svífa bílar á vetnisvegum

Vísindamenn við University of Houston hafa þróað hugmyndina í kerfi sem nýtir fimbulkulda til að hraða bílum upp í methraða – og á sama tíma flytja loftslagsvænt vetni og grænt rafmagn.

1. Köfnunarefni gerir vetnið fljótandi

Fljótandi köfnunarvetni (LN2) rennur í rörum (græn) og kælir vetni (H2) niður í -252,8 °C. Vetnið verður þannig fljótandi og auðveldara að flytja það frá A til B, þar sem það hefur mun minna rúmtak heldur en í gasformi.

2. Niðurkæling skapar ofurleiðni

Yfir vetnisleiðslunum liggur efnið yttríumbaríumkoparoxíð. Kuldinn verður til þess að rafviðnám hverfur því sem næst. Þannig geta rafeindirnar þotið áfram hindrunarlaust.

3. Vegurinn þrýstir seglunum frá

Ofurleiðandi efni bregðast við sérhverju utanaðkomandi segulsviði með því að mynda gagnstætt segulsvið sem þrýstir því frá. Bíll sem er búinn segulmögnuðum undirvagni getur því svifið yfir veginum þannig að allt viðnám vegarins hverfur.

4. Segulmagnaðir bílar auka hraðann

Fyrir utan segulmagnaðan undirvagn má koma fyrir svokölluðum línulegum mótorum í bílum framtíðar. Þannig verður hægt að auka hraða bílsins með breytilegu segulmagni í ofurleiðandi hraðbrautum og við bestu aðstæður ná hraða sem nemur allt að 1.000 km/klst.

Þrátt fyrir að margir telji slíkar hugmyndir helbera hugaróra, þá sér Zhifeng Ren engar meiriháttar tæknilegar hindranir í farveginum. Um þessar mundir hafa vísindamenn þróað margvísleg efni sem verða ofurleiðandi við hitastig í kringum -200 °C. Sem dæmi er ekki miklum örðugleikum bundið að framleiða ytteríumbaríumkoparoxíð sem Zhifeng og kollegar hafa í huga í búnaðinn.

 

Ofurleiðara er hægt að fá í blokkum og einnig í renningum sem hægt er að rúlla upp. Vísindamenn munu kannski nýta sér blöndu af slíkum eiginleikum – til að halda bílunum svífandi og flytja rafmagn. Þegar Zhifeng Ren lítur til þeirra framfara sem eiga sér stað innan þróunar á ofurleiðandi efnum, þá horfir hann bjartsýnn fram á veginn.

 

„Ég á von á því að einn daginn komi fram ofurleiðandi upprúllaðir renningar sem taka langt fram úr því sem er núna í boði“, segir hann.

 

Hafi hann rétt fyrir sér í þessum efnum – og hraðbrautir hans verða að veruleika – mun bæði orkunetið og bíllinn sem farartæki halda inn í nýtt tímabil.

HÖFUNDUR: MIKKEL MEISTER

© Zhifeng Ren/University of Houston,© Shutterstock,© Claus Lunau,

Heilsa

Líkamleg snerting er mikilvæg milli föðurs og ungabarns

Maðurinn

Vísindamenn vara við langvarandi notkun á snuði

Maðurinn

Vísindamenn vara við langvarandi notkun á snuði

Lifandi Saga

Ísraelski vígamaðurinn: Vill lifa í friði með Palestínumönnum

Lifandi Saga

Ísraelski vígamaðurinn: Vill lifa í friði með Palestínumönnum

Jörðin

99 stórborgir eru að sökkva

Maðurinn

Munnvatnið er fullt af eitri

Maðurinn

Gæludýr koma í veg fyrir offitu og ofnæmi meðal barna

NÝJASTA NÝTT

Jörðin

Jörðin eftir manninn

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

Lifandi Saga

Hvað átti sér stað við Wounded Knee árið 1973?

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

Jörðin

Af hverju er ís svona háll?

Náttúran

Krabbar hafa farið sömu ferðina 17 sinnum

Maðurinn

Er veganmatur óhollur börnum?

Náttúran

Risaeðlubeinagrind seld fyrir meira en sex milljarða króna á uppboði.

Jörðin

Jörðin eftir manninn

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

Lifandi Saga

Hvað átti sér stað við Wounded Knee árið 1973?

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

Jörðin

Af hverju er ís svona háll?

Náttúran

Krabbar hafa farið sömu ferðina 17 sinnum

Maðurinn

Er veganmatur óhollur börnum?

Náttúran

Risaeðlubeinagrind seld fyrir meira en sex milljarða króna á uppboði.

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Heilsa

Er mikið um kyrrsetu hjá þér í vinnunni? Þá getur kaffi lengt líf þitt samkvæmt stórri rannsókn.

Heilsa

Er mikið um kyrrsetu hjá þér í vinnunni? Þá getur kaffi lengt líf þitt samkvæmt stórri rannsókn.

Heilsa

Lækning gegn útbreiddum meltingartruflunum finnst í flestum eldhúsum.

Heilsa

Lækning gegn útbreiddum meltingartruflunum finnst í flestum eldhúsum.

Náttúran

Jörðin eftir manninn: Svona munu leifar siðmenningar okkar hverfa

Heilsa

Læknar hafa grætt heilt auga í mann

Maðurinn

Nú geta vísindamenn ráðskast með drauma okkar

Tækni

140.000 veirutegundir hafa fundist í þarmaflórunni

Vinsælast

1

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

2

Maðurinn

Er veganmatur óhollur börnum?

3

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

4

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

5

Jörðin

Jörðin eftir manninn

6

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

1

Maðurinn

Bakteríur leysa vind í munni okkar

2

Maðurinn

Myndir af einangruðum ættflokki sýna mannlegan harmleik, samkvæmt verndarsamtökum

3

Maðurinn

Geta matvörur varið húðina gegn útfjólubláum geislum sólar?

4

Jörðin

Jörðin eftir manninn

5

Spurningar og svör

Hvað á eiginlega að gera við kjarnorkuverið í Tjernobyl?

6

Lifandi Saga

Hvað átti sér stað við Wounded Knee árið 1973?

Alheimurinn

Tvíburi Vetrarbrautarinnar finnst í útjaðri alheimsins

Lifandi Saga

Hvers vegna klæddust fangar röndóttum búningum í gamla daga?

Lifandi Saga

Af hverju er rússneskur bær í Noregi?

Jörðin

Leiða loftslagsbreytingar til fleiri jarðskjálfta?

Maðurinn

Er hollt að gefa blóð?

Tækni

Vandamál sem gat orðið aðkallandi

Maðurinn

Efnaskiptin eru stöðug frá 20 til 60 ára aldurs

Maðurinn

Er siðblindingi á vinnustaðnum þínum?

Maðurinn

Úmamí – fimmta frumbragðtegundin

Maðurinn

Eru fingraför óhjákvæmilega ólík?

Maðurinn

Frestar þú leiðinlegum verkefnum? Samkvæmt vísindamönnum er það slæm hugmynd

Læknisfræði

Hversu gamalt er Viagra?

Jörðin eftir manninn

Hvað verður um jörðina þegar við verðum horfin? Að sögn vísindamanna munu úlfaflokkar dreifast hratt á meðan borgirnar hrynja og sökkva. Hins vegar munu síðustu ummerki mannkyns standa til enda alheimsins.

Jörðin

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is