Khi học giả người Trung Quốc gốc Scotland James Legge rời Thượng Hải đến Bắc Kinh vào mùa xuân năm 1873, cuộc hành trình đã khiến ông mất hai tuần. Đầu tiên anh đến Thiên Tân bằng thuyền, sau đó đi bằng la đến thủ đô Trung Quốc. Ngày nay, hành trình dài 1200 km này chỉ mất hơn 20 giờ bằng đường sắt cao tốc. Chuyến bay giữa hai thành phố mất hai giờ phút. Đối với châu Âu, có các chuyến tàu Frecciarossa tốc độ cao từ Milan đến Rome, có thể đến đích trong vòng chưa đầy ba giờ và từ Tokyo đến Osaka - tàu Shinkansen tốc độ cao - hai tiếng rưỡi.
Mọi người chưa bao giờ đi du lịch nhanh chóng và dễ dàng như ngày nay. Nhưng sự thuận tiện này cũng phải trả giá: giao thông vận tải chiếm 20% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu và trong ba thập kỷ qua, tốc độ phát thải carbon dioxide từ giao thông vận tải đã tăng nhanh hơn bất kỳ nguồn nào khác. Điều này đặc biệt đúng giao thông đường hàng không, lượng khí thải từ đó tăng nhanh hơn so với vận tải đường sắt hoặc đường bộ. Liên quan đến vấn đề này, câu hỏi được đặt ra: liệu có thể di chuyển với tốc độ cao mà không giết chết hành tinh này không? Và nếu vậy thì làm thế nào?
Nhanh hơn, sạch hơn, xanh hơn và được trang bị công nghệ tiên tiến, đường sắt là hình thức vận tải duy nhất hiện có mọi cơ hội trở thành nền tảng để đáp ứng nhu cầu di chuyển trong tương lai của chúng ta. Với lễ kỷ niệm 200 năm tuyến đường sắt chở khách đầu tiên sắp đến vào năm 2025, tàu hỏa trở nên quan trọng hơn bao giờ hết để đảm bảo khả năng di chuyển bền vững trong một thế giới đang phải đối mặt với những thách thức về biến đổi khí hậu, đô thị hóa và tăng trưởng dân số ngày càng tăng. Dân số đô thị trên thế giới đang tăng trưởng với tốc độ 172800 người/giây, tạo ra 90 cư dân đô thị mới mỗi ngày. Trong khi dân số đang giảm ở một số khu vực trên thế giới, chẳng hạn như Châu Âu và Nhật Bản, thì % mức tăng dân số dự kiến sẽ diễn ra ở các thành phố và siêu đô thị ở các nước đang phát triển.
Để các thành phố, khu vực và đô thị đang phát triển nhanh chóng này có thể di chuyển, giao thông công cộng hiệu quả không chỉ là mong muốn mà còn cần thiết.
Những "tàu cao tốc" mới đẹp mắt thường gây chú ý khi mạng lưới các tuyến ở châu Âu và châu Á tiếp tục phát triển, với các tuyến mới được lên kế hoạch hoặc đang được xây dựng ở các quốc gia như Pháp, Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Nhật Bản và, trên một quy mô lớn hơn nhiều, ở Trung Quốc, nơi mạng lưới tốc độ cao sẽ đạt 2025 km vào năm 50000.
Khi tuyến Tốc độ cao 2030 (HS2) gây tranh cãi được hoàn thành vào đầu những năm 2 do vượt ngân sách và cảnh quan dễ bị tổn thương, nước Anh sẽ có những chuyến tàu thường xuyên nhanh nhất thế giới, thường di chuyển với tốc độ 362 km / h, nhưng có thể phát triển tốc độ lên tới tới 400 km/giờ.
Kết hợp công nghệ tàu cao tốc của Nhật Bản với thiết kế của Anh, đội tàu HS2 trị giá 2,5 tỷ USD sẽ cách mạng hóa việc di chuyển đường dài giữa London và vùng Trung du nước Anh cũng như các thành phố phía bắc. Việc chuyển giao các dịch vụ đường dài sang HS2 cũng sẽ giải phóng năng lực rất cần thiết trên các tuyến đường sắt hiện có để vận chuyển nhiều hành khách và hàng hóa địa phương hơn.
Tuy nhiên, sau vài thập kỷ vận hành, các nước như Pháp, Nhật Bản và Trung Quốc đã kết luận rằng lợi ích của việc vận hành tàu cao tốc ở tốc độ trên 320 km/h sẽ lớn hơn chi phí năng lượng và bảo trì cao hơn đáng kể mà chúng phải gánh chịu. Giờ đây, các nhà lãnh đạo tàu cao tốc được công nhận ở Nhật Bản và Trung Quốc không chỉ giới hạn ở công nghệ "thép trên thép" mà còn phát triển các đoàn tàu có khả năng phát triển tốc độ lên tới 600 km/h.
Khái niệm tàu cao tốc chạy trên đường ray đặc biệt sử dụng lực đẩy từ trường (maglev) đã được quảng cáo là “tương lai của du lịch” trong hơn 50 năm, nhưng ngoài một số tuyến thử nghiệm và tuyến đường của Trung Quốc nối trung tâm thành phố Thượng Hải với sân bay , nó vẫn giữ nguyên như vậy chủ yếu là về mặt lý thuyết.
Nhưng không lâu. Nhật Bản đang đầu tư 72 tỷ USD vào dự án Chuo Shinkansen, đây sẽ là đỉnh cao của hơn 40 năm phát triển tàu đệm từ. Tuyến đường dài 286 km sẽ kết nối Tokyo và Naga chỉ trong 40 phút và cuối cùng sẽ kéo dài đến Osaka, cắt quãng hành trình 500 km từ thủ đô xuống còn 67 phút. Việc xây dựng bắt đầu vào năm 2014 và ban đầu dự kiến hoàn thành vào năm 2027 (tuyến Nagoya-Osaka mở cửa sau đó năm), nhưng các vấn đề trong việc xin cấp phép cho một đoạn tuyến có nghĩa là hiện chưa rõ ngày khai trương. Sự chậm trễ và chi phí vượt mức lớn đã khiến nhiều người đặt câu hỏi về giá trị kinh tế của dự án.
Những khó khăn như vậy khó có thể xảy ra ở Trung Quốc, quốc gia cũng đang xây dựng các tuyến vận tải từ tính như một giải pháp thay thế cho việc di chuyển bằng đường hàng không chặng ngắn và cung cấp khả năng di chuyển nhanh như chớp qua các khu đô thị đông dân cư. Trung Quốc có kế hoạch tạo ra “vòng tròn ba giờ” xung quanh các thành phố lớn, biến các cụm thành phố thành các cường quốc kinh tế.
Hơn 120 triệu người đã sống ở phía nam của quốc gia đông dân nhất thế giới, khu vực đồng bằng sông Châu Giang bao gồm Hồng Kông, Quảng Châu và Thâm Quyến. Các nhà quy hoạch Trung Quốc hy vọng sẽ sáp nhập 26000 thành phố trong khu vực để tạo ra một quần thể đô thị rộng km. Các tuyến đường đệm từ được dự tính cho các tuyến Thượng Hải-Hàng Châu và Thành Đô-Trùng Khánh, cũng như nhiều tuyến khác, nếu chúng tỏ ra thành công.
Ở các quốc gia khác trên thế giới, chi phí khổng lồ và sự thiếu tích hợp với đường sắt hiện có có thể trở thành trở ngại cho việc phổ biến rộng rãi công nghệ maglev. Vốn đang phải vật lộn với tình trạng tắc nghẽn và ô nhiễm ở các thành phố đông dân, Trung Quốc đã mở 2021 tuyến tàu điện ngầm mới với tổng chiều dài 29 km chỉ trong tháng 582 năm . Nhiều quốc gia khác với các thành phố đang phát triển sẽ sớm phải làm theo nếu không muốn bị choáng ngợp.
Tuy nhiên, để đáp ứng những kỳ vọng này, ngành đường sắt sẽ cần phải nhanh chóng di chuyển theo nhiều hướng để mang lại công suất lớn hơn đáng kể, hiệu quả, độ tin cậy và khả năng chi trả cao hơn.
Giao thông tự động đã tồn tại trong nhiều thập kỷ - tuyến Victoria của Tàu điện ngầm Luân Đôn đã được vận hành một phần theo cách này kể từ khi nó mở cửa vào năm 1967 - nhưng thường chỉ giới hạn ở các tuyến tự trị với các đoàn tàu giống hệt nhau chạy theo khoảng thời gian cố định.
Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã dẫn đầu về đường sắt không người lái, đáng chú ý là giới thiệu tàu tự hành tốc độ cao duy nhất trên thế giới chạy với tốc độ lên tới 300 km/h giữa Bắc Kinh và Thế vận hội mùa đông 2022. Nhật Bản cũng đang thử nghiệm “tàu cao tốc” có thể di chuyển tự động từ nhà ga đến kho để bảo trì, giúp người lái xe có thể vận hành những chuyến tàu có lợi nhuận cao hơn.
Tuy nhiên, vận hành tàu không người lái trên tuyến tự hành là một chuyện. Việc đảm bảo vận hành an toàn trên các tuyến đường sắt hỗn hợp truyền thống, nơi kết hợp các đoàn tàu chở khách và hàng hóa có đặc điểm, tốc độ và trọng lượng rất khác nhau, khó khăn hơn nhiều.
Dữ liệu lớn và cái gọi là Internet of Things sẽ cho phép các phương thức vận tải tương tác với nhau và với môi trường, mở đường cho việc di chuyển đa phương thức, tích hợp hơn. Robot thông minh sẽ đóng vai trò lớn hơn trong việc kiểm tra cơ sở hạ tầng như đường hầm và cầu, cũng như trong việc bảo trì hiệu quả các cấu trúc cũ.
Mặc dù đã được chứng minh là thân thiện với môi trường so với hàng không, đường sắt vẫn còn một chặng đường dài để giảm lượng khí thải carbon và ô nhiễm từ động cơ diesel. Phù hợp với các mục tiêu về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc, nhiều quốc gia đã cam kết loại bỏ dần tàu diesel vào năm 2050 hoặc thậm chí sớm hơn.
Ở châu Âu và nhiều nơi ở châu Á, hầu hết các tuyến đường đông đúc nhất đều đã được điện khí hóa, nhưng tình hình thay đổi từ gần như 100% điện khí hóa ở Thụy Sĩ đến dưới 50% ở Anh và gần như bằng ở một số nước đang phát triển. Bắc Mỹ bị chi phối bởi động cơ diesel – đặc biệt là trên các tuyến đường sắt chở hàng chủ yếu – và nhu cầu điện khí hóa không giống như ở châu Âu và châu Á.
Công nghệ pin dường như sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ "động cơ diesel bẩn" cho cả phương tiện vận tải hạng nặng và các tuyến hành khách yên tĩnh, nơi không thể sử dụng điện khí hóa hoàn toàn. Nhiều nguyên mẫu chạy bằng pin hiện đang được thử nghiệm hoặc đang được phát triển, và khi công nghệ tiến bộ, sự phụ thuộc của đường sắt vào động cơ diesel sẽ bắt đầu giảm trước cuối thập kỷ này.
Đối với những người khác, hydro là niềm hy vọng lớn cho việc khử cacbon trong vận tải đường sắt. Hydro xanh được tạo ra trong các nhà máy đặc biệt sử dụng nguồn điện tái tạo có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu điều khiển động cơ điện.
Nhà sản xuất xe lửa Pháp Alstom đang dẫn đầu với tàu điện hydro Coradia iLint, chở hành khách đầu tiên vào năm 2018, mở đường cho các phiên bản sản xuất hiện đang được xây dựng cho một số nước châu Âu.
Đường sắt trên khắp thế giới cũng phải đối mặt với những thách thức liên quan đến thiên tai. Các tuyến đường sắt mới và được xây dựng lại ngày càng được thiết kế có tính đến biến đổi khí hậu: cải thiện hệ thống thoát nước, bảo vệ môi trường và phục hồi cảnh quan thiên nhiên đóng vai trò nâng cao độ an toàn và độ tin cậy của đường sắt.
Trong khi đó, nhận thức về thiệt hại môi trường do du lịch hàng không gây ra đã dẫn đến sự hồi sinh của du lịch đường sắt qua đêm ở châu Âu.
Nói về những đoàn tàu trong tương lai, tất nhiên không thể không nói đến công nghệ Hyperloop. Sử dụng chân không để di chuyển với tốc độ hơn 1000 km một giờ - đó là điều chúng ta đang nói đến. Theo nhiều người, nó sẽ cách mạng hóa cách chúng ta di chuyển. Nhưng có những nghi ngờ hợp lý. Nói một cách đơn giản, đây là một chuyến tàu trong ống. Nó hoạt động bằng cách loại bỏ hai yếu tố làm chậm xe: không khí và ma sát. Hệ thống Hyperloop bao gồm hai thành phần chính: ống và viên nang. Các đường ống gần như chân không. Viên nang là phương tiện điều áp di chuyển bên trong ống. Ý tưởng là sử dụng nam châm vĩnh cửu trên xe.
Giống như toa tàu, khoang cũng di chuyển theo đoàn xe. Trong khi các toa tàu kết nối với nhau, các viên nang Hyperloop có thể di chuyển đến các điểm đến khác nhau. Giống như khi lái xe trên đường cao tốc, mỗi người trong số họ có thể rời khỏi đường và thay đổi hướng chuyển động. Họ có thể nối các cột hoặc rời khỏi chúng tùy thuộc vào hướng mà họ đang hướng tới. Hệ thống vận chuyển Hyperloop hoàn toàn chạy bằng điện. Ngoài động cơ, một bộ nam châm được sử dụng để đẩy các viên nang đi mỗi km. Việc gần như hoàn toàn không có lực cản không khí và ma sát có nghĩa là không cần đến hệ thống đẩy cố định. Do đó, cần ít năng lượng hơn.
Năm 2013, Elon Musk xuất bản một tài liệu kỹ thuật trong đó ông mô tả hoạt động của hệ thống vận chuyển ống chân không. Kể từ đó, một số nhóm trên khắp thế giới đã bắt đầu nghiên cứu khái niệm di động này.
Hyperloop vẫn là một thách thức kỹ thuật lớn. Mặc dù trên giấy tờ đã chứng minh được tính khả thi nhưng trên thực tế vẫn còn nhiều thách thức. Ngoài chi phí ban đầu đáng kể, việc bịt kín đường ống sẽ đòi hỏi chi phí bảo trì đáng kể. Đường ray Hyperloop được làm bằng thép, có thể giãn nở và co lại tùy theo nhiệt độ bên ngoài. Điều này dẫn đến các khớp lỏng lẻo. Điều này có thể dẫn đến chi phí bảo trì đáng kể. Một điểm nữa là việc mua lại đất. Ngoài ra, nhiều khía cạnh về an toàn vẫn cần phải được tính toán - việc di chuyển có thể nguy hiểm hơn nhiều nếu xảy ra sự cố. Tốc độ cao như vậy có thể gây chóng mặt cho hành khách, những người cũng sẽ bị hạn chế về không gian di chuyển trong suốt hành trình.
Một số nhóm ở Châu Âu và thế giới đang nghiên cứu các ứng dụng Hyperloop. Tuy nhiên, những thách thức cần vượt qua – nguồn vốn, an ninh và đất đai – vẫn là những trở ngại lớn cho việc triển khai Hyperloop. Cho đến khi chúng được giải quyết, ý tưởng du hành trong ống sẽ vẫn chỉ là một giấc mơ.
Người ta ước tính rằng đến năm 2050, đường sắt chở khách và hàng hóa sẽ tạo thành xương sống của mạng lưới giao thông của chúng ta và các tuyến đường dài giữa các trung tâm đa phương thức sẽ là một phần của mạng lưới địa phương. Với sự hỗ trợ chính trị và kỹ thuật cần thiết, đường sắt cũng sẽ đóng vai trò ngày càng tăng trong vận tải quốc tế, cung cấp giải pháp thay thế chất lượng cao cho vận tải đường bộ và đường hàng không chặng ngắn.
Trong tương lai gần, đầu tư trên toàn thế giới vẫn chủ yếu dựa vào đường sắt thép truyền thống. Không có lý do gì để nghi ngờ rằng nó sẽ tiếp tục xác định tương lai của vận tải đường sắt trong nhiều thập kỷ tới – giống như đã từng xảy ra trong gần 200 năm qua.
Chà, đây là tất cả những cách mà một ngày nào đó chúng ta có thể đi lại mà không gây hại cho môi trường. Nhưng hiện tại, tương lai đã ở đây: đường sắt cao tốc cung cấp phương tiện di chuyển nhanh chóng, ít phát thải carbon giữa các thành phố. Nếu James Legge tới Bắc Kinh ngày hôm nay, anh ấy sẽ không cần tàu, và chắc chắn anh ấy sẽ không cần con la. Anh ấy sẽ lên tàu thôi.
Đọc thêm:
Bình luận