Uz sve više pobornika održive brze željeznice, njezino usvajanje mogli bi potaknuti smanjenje zagađenja bukom i sofisticirano upravljanje prometom.
Zvižduk koji dopire niz tračnice zvuk je europske željezničke renesanse. Iza ugla nam stiže sve veće prihvaćanje željezničkog prijevoza velike brzine, koji obećava smanjenje cestovnog prometa i smanjenje štetnih emisija. Automobili su glavni krivci za onečišćenje zraka, na njih otpada 14,5 % ukupnih emisija ugljika u Europi. Otprilike polovica letova u Europi kratka su putovanja na udaljenostima manjim od 1500 km, što stvara mnogo više emisija od ekvivalentnog putovanja željeznicom.
Politika Europskog zelenog plana obuhvaća planove za udvostručenje brzih željeznica do 2030. i njihovo utrostručenje do 2050. Trenutačno se 75 posto tereta kreće cestom, pa bi se sukladno tomu, kretanje robe željeznicom trebalo udvostručiti do 2050.
Povećanje konkurentnosti vlakova nad cestovnim i zračnim prometom znači reformu tržišta i poboljšanje iskustva putnika, kao i infrastrukturne nadogradnje. Davanje prioriteta održivom željezničkom prometu obećava značajne prednosti, ali nažalost, dolazi i s vlastitim neviđenim opasnostima, i to ne samo za putnike.
Niska frekvencija
Jedna od manje poznatih opasnosti željezničkog prometa je vrsta zagađenja bukom koju nitko ne može čuti. Nečujne, niske frekvencije vibracija tla proizlaze iz željezničkog vozila dok vozi željezničkom prugom. Osim što utječu na strukturni integritet obližnje infrastrukture te vibracije mogu imati štetan učinak na zdravlje ljudi, uzrokujući glavobolje, umor, pa čak i razdražljivost kod ljudi koji ih doživljavaju.
„Trenutačno je moguće smanjiti vibracije stavljanjem gumenih jastučića ispod tračnica”, kaže Giovanni Capellari, suosnivač tvrtke Phononic Vibes. „Taj je sustav u redu za nove željeznice, jer ih možete staviti tijekom izgradnje”. Njegova tvrtka specijalizirana je za tehnologiju buke i vibracija. Za postojeću željezničku prugu, gumeni podlošci vrlo su skupi jer morate ukloniti tračnice da biste ih postavili, tvrdi Capellariju.
Projekt BioMetaRail istražuje i razvija posebne ukopane barijere koje se mogu postaviti uz tračnice kako bi apsorbirale vibracije. Zidovi barijere oslanjaju se na svoj oblik radi učinka smanjenja buke, a ne na svojstva materijala.
Poznati kao metamaterijali, ovi sintetički kompozitni materijali posjeduju svojstva koja se ne nalaze u prirodi. Njihove unutarnje strukture projektirane su za interakciju s niskofrekventnim zvučnim valovima vlaka u prolazu, kako bi ih zarobile i izolirale.
„U osnovi, ideja je upotreba oblika koji imaju neke rezonantne učinke na frekvencijama koje su tipične za vibracije u željezničkom sektoru”, kaže Capellari. U tom kontekstu, frekvencija vibracija obično je između 30 i 60 Hz. Rezultat je dizajn betonske konstrukcije veličine dva puta tri metra koja podsjeća na veliki prozor.
To „djeluje za vrlo niske frekvencije, što je vrlo dobro za željezničke vlakove”. K tomu, ta „prozorska okna” mogu se podijeliti na još manje veličine kako bi uhvatili širi raspon frekvencija.
Prepoznatljiv dizajn
Da paneli nemaju svoj prepoznatljiv oblik i dizajn, da su samo betonske ploče, ne bi mogli zaustaviti vibracije vlaka koje se prenose tlom tako učinkovito kao BioMetaRail barijere. Radi lakšeg postavljanja, nema potrebe za podizanjem željezničke pruge budući da se ovi paneli mogu umetnuti u tlo duž pruge poput udubljene ograde, kako bi se zaštitile obližnje kuće i zgrade.
Istraživački tim također istražuje idealan materijal, debljinu i veličinu barijera za učinke prigušivanja vibracija.
Capellarijev projekt BioMetaRail izdanak je projekta BOHEME, što je kratica za bioinspirirani hijerarhijski metamaterijali. Projekt BOHEME istražuje i razvija različite vrste mehaničkih metamaterijala nadahnutih principima koji se nalaze u prirodi.
Od paukove mreže do spirala školjke, BOHEME karakterizira prirodne sustave i proučava njihove moguće primjene. „Cilj je uzeti rezultate iz projekta BOHEME i pokušati razumjeti najbolju geometriju (za željezničke barijere) s obzirom na tržište, cijenu, proizvodnju i ugradnju”, kaže Capellari.
„Sljedeći je korak izlazak na tržište”, rekao je, kao i dobivanje certifikata za intervenciju blokiranja vibracija. „Trenutačno na tržištu ne postoji takav sustav”.
U konačnici, ovi će paneli oblagati tlo uz prugu u stambenim područjima, omogućujući željezničkim mrežama da značajno pojačaju promet vlakova bez negativnog utjecaja na ljude i zgrade u blizini.
Godine 2021. predloženo je povećanje ograničenja brzine vlakovima Transeuropske prometne mreže na 160 km/h ili više do 2040. Za povećanje željezničkog prometa također je nužno da mrežni operateri mogu pratiti cijelu dužinu svojih željeznica u stvarnom vremenu. Akustički nadzor može pomoći u postizanju oba ova cilja.
Tvrtka Next Generation Rail Technologies, Richarda Aaroea, razvila je pasivni prislušni uređaj koji može pružiti željezničkim operaterima rano upozorenje o preprekama na pruzi. Može čak predvidjeti koja je prepreka najvjerojatnija i gdje bi se mogla nalaziti. Projekt SAFETRACK radi na samostalnom sustavu za „davanje točnog upozorenja u stvarnom vremenu o svemu što se događa na infrastrukturi”, kaže Aaroe.
Sustav se sastoji od senzora koji hvataju vibracije na pruzi i softvera koji identificira odakle na pruzi zvuk potječe i što ga je moglo uzrokovati.
Sofisticirani mikrofon
„Na neki način, radi se o vrlo, vrlo sofisticiranom mikrofonu”, objašnjava Aaroe. Akustične vibracije na pruzi koje bilježe senzori imaju „jedinstveni otisak prsta”. Na primjer, zvuk grane koja pada na prugu razlikuje se od zvuka odrona blata. Aaroeova tvrtka napravila je „biblioteku” ovih željezničkih akustičnih otisaka prstiju.
On uspoređuje ovu tehnologiju s onom kad podmornice koriste sonar za otkrivanje površinskih brodova hvatajući njihov akustični potpis. „Danas je ta tehnologija evoluirala, tako da ne samo da možete shvatiti da plovilo prolazi, već možete razabrati i vrstu motora, klasu samog plovila, brzinu, smjer i tako dalje”, kaže Aaroe.
Isti principi vrijede i za akustiku tračnica. „Svaki incident ima svoju jedinstvenost, mi je identificiramo pa to možemo prijaviti ili kontroloru vlakova, operateru ili čak samom strojovođi”.
Senzori su relativno mali, otprilike veličine pametnog telefona. Instalacija uključuje četiri senzora, po jedan na svakoj tračnici pruge, a zatim još dva 10 metara dalje duž pruge. Budući da zvuk putuje kroz čvrste tračnice puno bolje nego kroz zrak, jedan paket senzora može otkriti akustične vibracije pet kilometara u svakom smjeru.
Tehnologija se trenutačno testira u nacionalnim željezničkim mrežama u Ujedinjenom Kraljevstvu, Njemačkoj i Španjolskoj, a uskoro će biti postavljena u još tri zemlje, tvrdi Aaroe.
Europska unija predana je rastu svog željezničkog prometa kao dijela Europskog zelenog lana koji ima za cilj učiniti Europu prvim ugljično neutralnim kontinentom do 2050. godine. Kako se sve više ljudi odlučuje za željeznicu umjesto automobila, tehnologija koja vlakove čini sigurnijima i tišima bit će sve važnija.
Istraživanja u ovom članku financira EU. Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.