มิติใหม่ของรถไฟพลังแม่เหล็ก ใช้พลังขับเคลื่อนน้อยลง 95%
รถไฟพลังแม่เหล็ก ถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีชั้นนำในวงการรถไฟ ช่วยให้เราสามารถผลิตรถไฟความเร็วสูงออกมาใช้งานแต่มีข้อเสียคือกินพลังงานสูง แต่ทุกอย่างกำลังจะเปลี่ยนไป เมื่อการติดตั้งแม่เหล็กลงไปในระบบ จะช่วยให้ขับเคลื่อนรถไฟได้โดยแทบไม่ต้องใช้พลังงาน
ระบบขนส่งมวลชนถือเป็นหนึ่งในเรื่องได้รับการเอาใจใส่จากทั่วโลก ด้วยการพัฒนาในแต่ละครั้งหมายถึงการสัญจรไปมาอย่างสะดวก ช่วยกระตุ้นเศรษฐกิจในท้องที่ เพิ่มความปลอดภัยแก่ผู้คนในสังคม จนถึงการเป็นมิตรกับสิ่งแวดยิ่งขึ้น ถือเป็นหมุดหมายการพัฒนาเมืองในปัจจุบัน
ระบบขนส่งมวลชนที่เราคุ้นตาแน่นอนว่าต้องเป็น รถไฟ ไม่ว่าจะเป็นรถไฟทั่วไปหรือรถไฟฟ้าใต้ดิน แน่นอนว่าแต่ละรูปแบบล้วนมีข้อดี-ข้อเสียแตกต่างกัน แต่ปัจจุบันเริ่มมีแนวคิดรถไฟประเภทใหม่ กับรถไฟฟ้าพลังงานแม่เหล็กรุ่นใหม่ ซึ่งแทบไม่ต้องใช้พลังงานขับเคลื่อน
แต่ก่อนอื่นคงต้องพูดถึงรถไฟพลังงานแม่เหล็กแบบเก่ากันเสียก่อนจึงจะเข้าใจความแตกต่าง
รถไฟฟ้าพลังแม่เหล็ก หนึ่งในสุดยอดเทคโนโลยีรถไฟความเร็วสูงในปัจจุบัน
แนวคิดการใช้พลังแม่เหล็กเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะไม่ได้เพิ่งเกิดขึ้นแต่มีมานานแล้ว จากแนวคิดของวิศวกรนับแต่ยุค 1940 ก่อนได้รับการพัฒนาต่อเนื่องจนเริ่มมีการนำไปใช้งานครั้งแรกในประเทศอังกฤษในช่วงปี 1984 แต่การให้บริการช่วงแรกยังเป็นในระดับความเร็วต่ำ จากนั้นหลายประเทศจึงพัฒนาต่อเนื่องจนมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ระบบการขับเคลื่อนพลังงานแม่เหล็กในปัจจุบันถูกเรียกว่า Maglev หรือ Magnetic Levitation คือการใช้สนามแม่เหล็กในการยกรถไฟให้ลอยอยู่บนราง รวมถึงนำสนามแม่เหล็กนั้นมาใช้เหนี่ยวนำเพื่อสร้างแรงขับเคลื่อนไปข้างหน้ารวมถึงการหยุดนิ่งอยู่บนราง ทำให้รถไฟสามารถลอยอยู่บนรางได้ตลอดเวลา
หลักการทำงานของพลังงานแม่เหล็กนี้เกิดจาก การใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสร้างแรงดูดและผลักขึ้นพร้อมกันเพื่อสร้างแรงส่ง โดยเมื่อต้องการเคลื่อนไปด้านหน้าจะสร้างแรงดูดไปข้างหน้าและแรงผลักจากด้านหลัง จากนั้นเมื่อเคลื่อนผ่านจึงทำการสลับขั้วแม่เหล็กเพื่อส่งแรงต่อไปด้านหน้า ทำให้รถไฟสามารถพุ่งไปข้างหน้าด้วยความเร็วสูง
เช่นเดียวกับเมื่อต้องการหยุดรถไฟก็จะใช้แรงดูดและผลักให้หักล้างกันในระดับพอดี ทำให้รถไฟสามารถลอยนิ่งอยู่ภายในชานชาลาและหยุดได้ดังใจ โดยตลอดกระบวนการทั้งในการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าหรือสับเปลี่ยนรางจะควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ส่วนกลาง เพื่อใช้ในการจ่ายกระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กตามต้องการ
ในกรณีฉุกเฉินหรือเกิดอุบัติเหตุ แบตเตอรี่ที่ติดตั้งในตัวรถจะทำงานเพื่อบังคับให้รถไฟหยุดลอยอยู่เหนือรางราว 10มิลลิเมตร
ข้อดีของระบบนี้คือการทำงานของรถไฟเงียบจนเกือบจะไร้เสียง ด้วยไม่มีพื้นผิวส่วนไหนของตัวรถสัมผัสพื้นจึงไม่เกิดเสียงไม่พึงประสงค์ อีกทั้งเมื่อไม่มีล้อจึงไม่มีแรงเสียดทานในการเคลื่อนที่จึงใช้พลังงานในการขับเคลื่อนน้อยลง อีกทั้งยังเสียค่าบำรุงรักษาน้อยกว่ารถไฟประเภทอื่น สามารถทำความเร็วได้สูงสุด 500 – 600 กิโลเมตร/ชั่วโมง และมีค่าการวางโครงสร้างน้อยกว่ารถไฟใต้ดินนับ 10 เท่า
ข้อเสียเดียวของระบบนี้คือการกินพลังไฟฟ้ามากกว่ารถไฟประเภทอื่นราว 15 % แต่ทุกอย่างกำลังจะเปลี่ยนไปจากการมาถึงของรถไฟพลังแม่เหล็กรุ่นใหม่ที่ไม่ต้องใช้แม่เหล็กไฟฟ้าอีก
รถไฟพลังแม่เหล็กรุ่นใหม่ กับการติดตั้งแม่เหล็กลงไปบนระบบ
ล่าสุดจีนได้เปิดตัวและทดสอบระบบรถไฟ Maglev ใหม่ ให้เป็นรถไฟลอยฟ้าที่ไม่ต้องมีราง แต่อาศัยการแขวนจากทางด้านบนและสนามแม่เหล็กคอยพยุงและสร้างแรงขับเคลื่อน ทำให้สามารถรักษาสภาพของตู้โดยสารรวมถึงออกวิ่งได้โดยแทบไม่ต้องมีแหล่งจ่ายพลังงานเพิ่มเติม และรักษาข้อดีดั้งเดิมของระบบนี้เอาไว้ได้ ถือเป็นหนึ่งในทางแก้ปัญหาอันยอดเยี่ยม
ตัวแปรสำคัญที่ทำให้เรื่องนี้เกิดขึ้นคือ การติดตั้ง Neodymium หนึ่งในแร่ธาตุหายากที่มีคุณสมบัติในการสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง ปัจจุบันมีราคาสูงถึง 200,000 ดอลลาร์ต่อตัน ทำให้ที่ผ่านมาไม่มีการนำเอาโลหะชนิดนี้มาใช้ร่วมกับการก่อสร้าง แต่นั่นไม่เป็นปัญหาสำหรับจีนที่มีแร่ชนิดนี้อยู่มากถึง 40% ของโลก และครองส่วนแบ่งทางการตลาดทั่วโลกกว่า 85%
ด้วยระบบแม่เหล็กรุ่นใหม่จากการติดตั้งโลหะหายาก ช่วยให้การสูญเสียกำลังของสนามแม่เหล็กเหลือน้อยกว่า 5 % และทำให้ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ภายในระบบลดลง ช่วยให้รถไฟรุ่นนี้ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้าหล่อเลี้ยงตลอดเวลา จึงสามารถประหยัดพลังงานขึ้นกว่ารถไฟพลังแม่เหล็กรุ่นเดิมมาก
อีกทั้งยังมีการปรับเปลี่ยนรูปแบบการเดินรถจากรถไฟทั่วไปหรือรถไฟใต้ดิน เนื่องมาจากรถไฟทั่วไปจำเป็นต้องใช้พื้นที่ในการก่อสร้างเยอะกว่ามาก ส่วนรถไฟฟ้าใต้ดินนอกจากค่าวางโครงสร้างพื้นฐานที่สูงลิ่ว อีกปัญหาคือความเร็วของรถไฟยังจำกัดเพียง 80 กิโลเมตร/ชั่วโมง เพื่อป้องกันอุบัติเหตุที่อาจจะเกิดขึ้น จึงเป็นสาเหตุให้เกิดเป็นรถไฟลอยฟ้าดังกล่าว
ปัจจุบันรถไฟแม่เหล็กระบบนี้ถูกวางให้วิ่งบนเส้นทางทดสอบและถูกจำกัดความเร็วไว้ที่ 80 กิโลเมตร/ชั่วโมง แต่เมื่อการทดสอบเสร็จสิ้น เส้นทางจะขยายเป็น 7.5 กิโลเมตรและวิ่งความเร็วสูงสุด 120 กิโลเมตร/ชั่วโมง อีกทั้งยังสามารถขับเคลื่อนอัตโนมัติได้ผ่านระบบ AI อีกด้วย
น่าเสียดายที่รถไฟแม่เหล็กระบบนี้ปัจจุบันยังอยู่ในขั้นทดลอง เมื่อคำนึงจากปัจจัยการต้องใช้แร่ Neodymium เป็นส่วนประกอบหลักจึงน่าจะมีต้นทุนในการผลิตค่อนข้างสูง นอกจากนี้บริษัทผู้ผลิตเองยังไม่มีแนวคิดในการก่อสร้างหรือแบ่งปันเทคโนโลยีนี้นอกประเทศ อาจเป็นการยากอยู่เสียหน่อยที่เราจะได้สัมผัสกับเทคโนโลยีนี้ในไทย
แต่ไม่แน่ว่าเมื่อเทคโนโลยีรถไฟพลังแม่เหล็กที่ได้รับการพัฒนามากขึ้น ในอนาคตเราอาจไม่ต้องพึ่งพาแร่หายาก และสามารถนำเทคโนโลยีนี้มาใช้งานแพร่หลายก็เป็นได้
ที่มา
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/488394.stm
https://strategicmetalsinvest.com/current-strategic-metals-prices/
http://www.rmutphysics.com/charud/specialnews/3/maglev/maglev5.htm
https://school.dek-d.com/blog/tcas/maglev-with-electromagnetic/
https://newatlas.com/urban-transport/china-sky-train-permanent-magnets/