Kentsel ve Çevresel Açıdan Geleceğin Ulaşımı Hyperloop

09 Ocak 2020 Dergi: Ocak-Şubat 2020

Hazırlayan: Prof. Dr. Seyhan Uygur Onbaşıoğlu

Dolaşım olarak dilimize çevirebileceğimiz ‘mobilite’, modern zamanların önemli kavramlarından biri. Teknolojinin gelişerek, teknolojik ürünlerin ekonomik ederlerinin geniş kitlelerin kullanımına olanak sağlayacak değerlere gelmesi bu kitlelerin yer değiştirmelerini de kolaylaştırdı. Daha önce, çok az sayıdaki bireyini eğitim, çalışma ve benzeri zorunlu amaçlarla, doğmuş oldukları yerin dışına gönderen kapalı toplumlar; yerlerini gezme, dinlenme, ziyaret amaçlı insan hareketliliğinin baskın olduğu açık toplumlara bıraktı.  Öte yandan; kentlerin büyümesi ile birlikte endüstriyel üretim yapılan yerlerle, konut olarak kullanılan bölgeler arasındaki uzaklık arttı. Okullaşma oranının artması ile birlikte, her gün kent içinde yer değiştiren çalışan yetişkin nüfusa gençlik ve çocukluk yaş dilimindeki öğrenciler ve onların bir bölümüne eşlik eden ana babalar katıldı. Böylece; yılın belirli dönemlerinde dinlence ve ziyaret için yapılan kentler arası uzak yolculuklarla birlikte, her gün işe gidiş saatlerinde kentlerin içerisindeki ‘mobilite’ hızlandı ve gerek konum, gerekse insan profili açısından çeşitlendi. Tüm bunlara, küreselleşme ile birlikte gelen uluslararası iş ortaklıkları da eklendiğinde, ulaşım, çağdaş toplumun çözülmesi gereken sorunu olmuştur. Bu sorun; yalnızca, şehir içi trafik yoğunluğu, şehirlerarası sefer güvenliği, işten ve eğitimden kaybolan zaman açısından değerlendirilmemelidir. Binek hayvanlarının kullanılmasından jet uçaklarına kadar ulaşım yöntemlerinin yerküreye verdiği zararların da irdelenmesi gerekir. Buna ek olarak, taşınanın, dolaşanın, yalnızca insan ve diğer canlılar değil; her türlü eşya olduğu da göz önüne alınmalıdır. Böylece; yalnızca kendi kendilerine ‘mobilite’ yetileri olan varlıklar değil; gıda maddeleri, giysiler, teknolojik ürünler, hammadde, yan endüstri ürünleri, kültür ve sanat eserleri vb. de ulaşımın konularıdır.  Taşıma ya da ulaşım ve dolaşım sırasında gerek canlılara sağlanması gereken konfor koşulları, gerekse de ürünlerin saklanma (muhafaza) koşulları; ulaşıma ayrılan enerji ve diğer girdilerin hız dışındaki çıktıları da gözetmesini gerektirmektedir.


Şekil 1. 2016 yılında petrol kullanımının sektörlere göre dağılımı [1] 

Bu nedenle, petrol kullanımının %50’sinden fazlasının ulaşım ve havacılığa harcandığı bir çağda (Şekil 1) çözümleri yeniden gözden geçirmek gerekecektir. Ulaştırmayı, dev fabrikalarda kitlesel üretimin  yapıldığı Ford Dönemi (1920-1970) ve ürünlerin, küreselleşen bilgi ve yan ürünlerle kendilerine özgü özelliklerde az miktarlarda üretildiği Ford-ertesi dönemde ayrı ayrı inceleyen Rodrigue [2] ulaştırma yöntemlerinin, yaşanan paradigma değişimleri ile bağlantılı olduğunu ve bir sonraki adımın ‘Maglev’ (Magnetic Levitation) ismi verilen yöntem olacağını belirtmektedir.

Şekil 2. Amerika Birleşik Devletleri’nde paradigma değişimi ve ulaştırma yöntemlerinin tarihi [2] (H. Ausubel, C. Marchetti, and P. Meyer (1998) “Toward green mobility: the evolution of transport”, European Review, Vol. 6, No. 2, pp. 137-156’den uyarlanmış.)

‘Manyetik levitasyon’ anlamında kullanılan Maglev, bir tren sistemidir. Bu sistemde iki mıknatıs vardır. Mıknatıslardan biri trenin raylarla temasını keserken, diğeri artık sürtünmeden kurtulmuş olan vagonların ilerlemesini sağlar. Maglev, 320-640 km mesafeler için, yüksek hızlı trenlere ve uçaklara alternatif olarak düşünülmüştür.
Bu teknikle ilgili ilk patentlerin 20. Yüzyılın başlarında alınmış olmasına karşın, yüksek hızlı maglev, günümüzde, yalnızca Çin’de devrededir (Şekil 3). Altyapı olarak, Çin dışında, Japonya’da ve Güney Kore’de de kuruludur. Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya’da ise deneme hatları ve sürüşleri vardır. Maglev trenlerinin yaygın olmayışlarının nedenleri arasında, yolcu konforuna uygun vagonların yapılmasının maliyetli olmasının yanısıra, yüksek hızlarda oluşabilecek çarpışmanın riskleridir. Almanya’daki denemeler sırasında maglevin bir bakım aracına çarpması sonucunda 23 kişinin hayatını kaybettiği akıllardadır [4]. Ayrıca; bu denli güçlü mıknatısları taşıyacak zemin yapısının olması ya da zeminin güçlendirilmesi gerekir. Bu nedenle, mıknatıs hattının döşeneceği yerlerde yaşayanlar tepki göstermektedirler [5]

Mıknatıstan Vakuma
Yüksek hızlarda, maglev treninin enerji girdisinin önemli bir bölümü hava direncini yenmek içindir. Yavaşlama sırasında kinetik enerji depolanarak trenin hızlandırılması ve raylardan ayrılması için kullanılabilir. Ancak; düşük hızlarda, trenin raylardan ayrılması için gereken enerji, bir metro ya da hafif raylı taşıt için gerekli enerji ile karşılaştırıldığında, %15 daha fazladır [6]
Öte yandan, hava direncini yenmek için gerekli güç, hızın küpü; birim mesafe için gerekli enerji ise hızın karesi ile orantılıdır. Örneğin; 400 km/saat hız için gerekli enerji, 3000 km/saat hız için gerekli enerjinin 2.5 katıdır. Bu nedenle, maglev trenlerinin, hava taşıtlarında olduğu gibi, düşük hava basıncı ve sıcaklığının geçerli olduğu ortamlarda yol almaları düşünülmüştür. Bunun yollarından biri, vakumlu tünellerin kullanılmasıdır.
Maglev trenlerinin raylarının yer yer vakumlu tünellerin içerisinden geçirilmesi, hava ile tren arasındaki sürtünmeyi de ortadan kaldıracağı için, ses hızının 5-6 katı daha yüksek hızda seyahat mümkün olabilir. Bu hız, ses-ötesi (hypersonic) değerdedir. Vactrain olarak adlandırılan, vakumlu tünellerde ses-ötesi hızla giden trenler için en büyük risk, bir arıza sırasında, vagon içindeki basıncın düşmesidir [7].  Gelişmiş bir izleme ve tanılama  sistemi ile  arıza ânında tünelin basınçlandırılması gerekmektedir. 


Şekil 3. Çin’in Mayıs 2019’da ürettiği maglev prototipi  [3]

Hyperlooplara Doğru
Vactrain’deki tünellerde ses-ötesi (hype) hızın gerçekleşmesi; Elon Musk’ın 2013 yılında konuyu yeniden, somut hedefler ve yöntemlerle gündeme getirmesi ile yakın zamana çekilmiştir [8]. Bu tekniğin gerçekleşmesiyle, yerin altında ya da üzerinde, hava basıncı düşürülmüş dev tünellerin içerisindeki kapsüllerle, 1200 km civarındaki bir mesafeyi 1 saatte katetmek mümkün olacaktır. ‘Hyperloop’ adı verilen bu ulaşım yöntemi, geleneksel yöntemlere göre daha ucuz, daha temiz ve daha hızlı olacaktır. Hyperloop için güzergâhlar, ilk aşamada, New York’tan Wahington DC’ye, Pune kentinden Mumbai’ye, Kansas City’den St. Lois’ye olarak düşünülmektedir. 
Elon Musk, 2013 tarihli makalesinde [9], ‘Hyperloop Alpha’ adını verdiği projesini LosAngeles ile San Francisco arasında düşünmüştü. Musk, bu hattaki Hyperloop’un yüksek hızlı trene göre üstünlüklerini anlattığı çalışmasında, hyperloop projesinde, demiryolu döşenmesinden dolayı güzergâh üzerinde yaşayanların görecekleri zararın olmayacağı da vurgulamıştı. Musk’a göre hyperloop, 1500 km’den daha yakın mesafelerde, yüksek hızlı trenler ise daha yakın mesafelerde verimli olacaktır.
Musk’ın modelinde Hyperloop kapsülleri, tüpün iç yüzeyinde 28 adet hava yastığının üzerinde gitmektedir (Şekil 4). Bunun dışında, yukarıda anlatılan maglevde olduğu gibi manyetik kaldırma da kullanılabilir. Kapsül başlangıçtaki hızını, doğrusal bir elektrik motoru ile kazanacaktır. Bu motor, kapsülü başlangıçta, yüksek değerde bir ses altı hıza ulaştıracaktır. Kapsüllerin kalkış aralığı, Musk’ın projesine göre 2 dakikada bir, hatta pik saatlerde yarım dakikada bir olabilecektir. 40 kapsüllük sistemin, toplam 6 milyar dolarlık bir yatırımla gerçekleşeceği düşünülmektedir. Bu maliyetin yüzde doksanını tüp ve tünel inşaatı oluşturmaktadır. 


Şekil 4. Elon Musk’ın Hyperloop Alpha çizimleri [4].

Öte yandan, hyperloopdaki yolcu konforu da tartışılmaktadır. Bir kapsül içerisindeki ses-ötesi yolculuğun G etkisine yol açacağı ileri sürülürken, hyperloop teknolojisinin uygulayıcılarından Virgin firması böyle bir yolculuğun asansör kullanımından ya da bir Boeing 747’de yapılan yolculuktan farksız bir etki oluşturacağını savunmaktadır. Virgin firması tasarımcıları, ‘Hyperloop sisteminde, hızlanma ve yavaşlama aşamalı olacağından G-etkisi yoktur. Ayrıca; uçak yolculuklarındaki türbülans etkisi de hyperloop teknolojisinde söz konusu değildir’ demektedirler [10]
Hyperloop projesini, Elon Musk’ın gündeme getirmesine karşın; Space X’in yanısıra, yukarıda sözedilen Virgin Group, Hyperloop Transportation Technologies ve ET3 Global Alliance firmaları hyperloop kurulumu için yarışmaktadırlar. İlk hyperloop sistemlerinin  A.B.D.’nin yanısıra, Hindistan, Almanya Birleşik Arap Emirlikleri ve İskandinavya’da  kurulmaları beklenmektedir. 
Hyperlooop yatırımcılarının ortak görüşleri; bu teknoloji ile iş gücü dolaşımının artacağı, konutların iş yerlerine yakınlığının zorunluluk olmaktan çıkacağıdır. Bu nedenle, hyperloop teknolojisinin, kentsel gelişimin ekonomik ve finansal kısıtlardan bağımsız olmasına olumlu katkı sağlayacağı öngörülmektedir.  

Kaynaklar:

  1. Key World Energy Statistics 2018, International Energy Agency, www.iea.org
  2. Rodrigue J.P.,The Geography of Transport Systems, 5 th Edition, New York: Routledge, 2020.
  3. https://www.techexplorist.com/china-revealed-prototype-maglev-train-top-speed-600-km-h/23484/
  4. https://web.archive.org/web/20071011192600/http://news.monstersandcritics.com/europe/news/article_1204030.php/23_dead_in_German_maglev_train_accident__Roundup_
  5. https://www.washingtonpost.com/local/trafficandcommuting.Maryland towns ready to fight maglev project as federal review stalls
  6. https://www.maglev.net/news/beijing-maglev/
  7. https://www.rand.org/pubs/papers/P4874.htmlSalter, Robert M., The Very High Speed Transit System. Santa Monica, CA: RAND Corporation, 1972.
  8. https://www.zdnet.com/article/how-elon-musk-plans-to-travel-from-san-francisco-to-la-in-only-30-minutes/
  9. https://www.spacex.com/sites/spacex/files/hyperloop_alpha-20130812.pdf
  10. https://www.zdnet.com/article/virgin-group-makes-strategic-investment-in-hyperloop-one/