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.