Hoe je metro's en treinen koel houdt in een steeds heter wordende wereld

De hoogste temperatuur die Jonathan Paul ooit in een metrostation in Londen heeft gemeten, is ongeveer 42 graden Celsius, oftewel 107,6 graden Fahrenheit. Paul, onderzoeker aan Royal Holloway, University of London, gebruikt zijn smartphone met thermometer om dergelijke metingen te doen. 42 graden Celsius is de temperatuur waarvoor iemand naar het dichtstbijzijnde gebouw met airconditioning zou rennen. Ondergronds lukt dat echter niet. Er is hier niets anders dan benauwde tunnels en gierende treinen.

Het metronetwerk loopt door dikke klei, en dat dichte materiaal absorbeert al sinds de tunnels voor het eerst werden gegraven, in sommige gevallen meer dan 100 jaar geleden, de warmte die door treinen wordt gegenereerd . Door airconditioning in treinen te plaatsen, bestaat het risico dat de tunnels nog verder opwarmen, omdat warme lucht uit de wagons in de verouderde metro's wordt geloosd.

Maar Paul heeft een idee om de tunnels zelf te koelen. "Water kan als koelmiddel enorme hoeveelheden warmte vasthouden", zegt hij. "Het is overal onder Londen." Hij werkt aan een technologie die grondwater van ongeveer 10 graden Celsius zou gebruiken om overtollige warmte weg te voeren van metrostations. En hij test het diep in een kalksteengroeve ten westen van Londen, vlakbij Reading.

Treinen, als metalen buizen vol mensen, zijn moeilijk af te koelen. Maar nu de zomers door klimaatverandering warmer worden, wordt het steeds belangrijker om het openbaar vervoer comfortabel en veilig te houden. Het is een wereldwijd probleem. Treinreizigers in Japan en Marokko hebben dit jaar geklaagd over onvoldoende airconditioning tijdens hittegolven, en een onderzoek uit 2023 meldde temperaturen in treinwagons tot wel 47 graden Celsius in India .

Paul heeft bijvoorbeeld de gevolgen van oververhitting gezien bij forenzen die in bovengrondse treinen reizen. "Ik heb deze zomer vier mensen zien flauwvallen", zegt hij.

De eerste treinen met airconditioning dateren van ongeveer een eeuw geleden. Een artikel uit 1933 verwoordde het als volgt: "Tot nu toe zag iedereen op tegen een treinreis in de zomer." Hadden ze maar in de toekomst kunnen kijken. Tegenwoordig kunnen treinen en metro's tijdens hittegolven zo oncomfortabel zijn dat veel passagiers ze helemaal vermijden .

Paul en zijn collega's geloven dat hun oplossing zal werken. Klim 20 meter via een ladder de krijtgroeve bij Reading in en je zult hem vinden. Er zijn meerdere galerijen van verschillende groottes in het krijt uitgehouwen, gescheiden door deuren. "We proberen de werkelijke omstandigheden in de metro na te bootsen," zegt Paul – hoewel de omstandigheden in de groeve beneden wat grauwer zijn. "Het is er erg donker, het is er nogal smoezelig."

In 2022 publiceerden hij en een collega een artikel waarin werd beschreven hoe water uit ondergrondse rivieren of aquifers in warmtewisselaars boven metroperrons aan het plafond kon worden gepompt. Warme lucht die in deze wisselaars werd gezogen, gaf een deel van zijn warmte af aan het water, waardoor koele lucht aan de andere kant eruit kon blazen. Het opgewarmde water stroomde geleidelijk weg door de grond – mogelijk om elders te worden gekoeld of anderszins behandeld.

Een prototype van deze opstelling is nu geïnstalleerd in de krijtgroeve. "Bij een nominale pompsnelheid kunnen we de temperatuur in de kamer [ter grootte van een slaapkamer] in ongeveer een uur tijd met zo'n 10-11 graden Celsius verlagen", zegt Paul. Hij en zijn collega's moeten nog testen hoe het systeem in grote ruimtes zou presteren, en, belangrijker nog, hij weet niet zeker of Transport for London (TfL) – de organisatie die de metro exploiteert – het ooit echt zal implementeren.

Paul stelt echter dat het systeem een ​​aanzienlijke verbetering zou kunnen zijn ten opzichte van een vergelijkbare technologie die TfL in 2006 testte. Die technologie, die niet meer in gebruik is, probeerde te koelen met grondwater dat in het metrostation Victoria in het centrum van Londen was gelekt en vervolgens weer was weggepompt. Paul suggereert dat deze vloeistof niet zo koel zou zijn geweest als water dat rechtstreeks uit nabijgelegen grondlagen of ondergrondse rivieren werd getapt. Hij voegt eraan toe dat zijn systeem speciale filters gebruikt om het risico te verkleinen dat kalkhoudend water overmatige kalkaanslag en verstoppingen veroorzaakt.

WIRED vroeg TfL of het overweegt het systeem te gebruiken dat Paul en zijn collega's hebben bedacht. Hoewel TfL een interview weigerde, zegt woordvoerder Melvin Lim dat de organisatie de afgelopen jaren "zorgvuldig prioriteiten heeft moeten stellen" bij investeringen. Hij benadrukte de introductie van nieuwe treinen voor de Piccadilly Line volgend jaar, die voorzien zullen zijn van airconditioning: "We staan ​​open voor maatregelen die de impact van de stijgende temperaturen als gevolg van klimaatverandering helpen beheersen."

TfL heeft in de loop der jaren veel inspanningen geleverd om het probleem van warme tunnels aan te pakken, waaronder het bevestigen van koelpanelen aan tunnelwanden . De panelen, die water laten circuleren om warmte uit de lucht te halen, werden in 2022 bij wijze van proef ingezet, maar zijn momenteel niet in gebruik. Paul stelt dat een dergelijk systeem onbetaalbaar duur zou kunnen zijn.

Hassan Hemida van de Universiteit van Birmingham zegt dat Pauls waterkoelingstechnologie een "goed idee" is, hoewel het nog maar de vraag is hoeveel warmte het daadwerkelijk kan wegnemen uit een echt druk metrostation vol mensen.

Sommige spoorwegen verleggen simpelweg de grenzen van ons vermogen om dingen af ​​te koelen, zegt Hemida. Hij noemt als voorbeeld supersnelle treinen die bijvoorbeeld 400 kilometer per uur rijden. Ze persen lucht weg bij hoge snelheden, wat betekent dat de luchtdruk rond de verwarmings-, ventilatie- en airconditioning (HVAC)-apparatuur op de daken van die treinen aanzienlijk kan dalen . "Dan kun je geen lucht in het HVAC-systeem zuigen", zegt hij. Uiteindelijk zou dat ertoe kunnen leiden dat de airconditioning kapotgaat. "Ik ben benaderd door collega's uit China en zij willen een oplossing voor dit probleem vinden", voegt Hemida eraan toe.

Steeds meer treinmaatschappijen passen airconditioningsystemen standaard toe. De nog relatief nieuwe Elizabeth Line in Londen is bijvoorbeeld voorzien van airconditioning. En een woordvoerder van Škoda Transportation, dat onlangs metrotreinen met airconditioning in de Bulgaarse hoofdstad heeft geïntroduceerd, zegt: "Over het algemeen is elk voertuig dat we nu produceren uitgerust met airconditioning." Sharon Hedges, senior engagement manager bij Transport Focus, een waakhond in de sector, voegt eraan toe: "Nu mensen nadenken over de aanschaf van nieuw rollend materieel, zijn dit de zaken waar ze nu rekening mee moeten houden."

Hittegolven zijn één ding in Groot-Brittannië. Hoe zit het met de Egyptische woestijn? Het Duitse technologiebedrijf Siemens levert Egypte een nieuwe reeks hogesnelheidstreinen die snelheden tot 230 kilometer per uur kunnen halen. De Velaro-treinen van het bedrijf worden op veel plaatsen in Europa gebruikt, maar voor Egypte heeft Siemens ze flink op de proef gesteld. Afgelopen zomer bracht het bedrijf een van de treinen naar een testfaciliteit in Oostenrijk en stelde deze bloot aan onaangename omstandigheden, waaronder temperaturen tot wel 60 graden Celsius en harde wind. "We bereiken een binnentemperatuur van 26 graden Celsius, zelfs bij de warmste buitentemperaturen", aldus Björn Buchholz, hoofd HVAC en deursystemen.

"We hebben een speciaal filtersysteem toegevoegd", voegt hij toe, en legt uit dat dit zal helpen om zand en stof uit de Egyptische woestijn te verwijderen, zodat de airconditioning blijft werken zoals bedoeld.

Een Siemens Velaro-trein in Egypte.

Foto: Met dank aan Siemens

Hoewel airconditioning populair is bij vermoeide zomerreizigers, spelen passieve koelmaatregelen ook een rol, zegt John Lawrence, consultant voor de spoorwegsector bij JPL Diversified. Veel treinstations hebben al luifels die de perrons en wagons van schaduw voorzien terwijl passagiers instappen. Maar dit is niet altijd het geval. "[De trein] kan daar heerlijk in de zon liggen bakken – maak van de gelegenheid gebruik om wat van die zonnewarmte af te voeren", zegt Lawrence.

Zodra een trein in de open lucht staat, kunnen sterk reflecterende verven of coatings ook helpen. In het Verenigd Koninkrijk is de Rail Safety and Standards Board (RSSB), een onafhankelijke normerings- en onderzoeksorganisatie, van plan om volgend jaar een aantal van dergelijke technologieën op treinen te testen. "De kans is groot dat een of andere vorm van wrappen of reflecterende coating een kosteneffectieve oplossing wordt om dit probleem aan te pakken", aldus Richard Walker, adjunct-directeur onderzoek bij RSSB.

Verschillende treinen hebben mogelijk iets andere oplossingen nodig, afhankelijk van of ze een noord-zuid- of oost-westroute nemen, voegt zijn collega Scarlett Hayward Mitchell, een onderzoeksanalist, toe. Die oriëntatie kan van invloed zijn op welke delen van het voertuig vaker aan fel zonlicht worden blootgesteld.

Tegenwoordig is alles wat met spoorwegen te maken heeft duur. Daarom vinden updates van airconditioningsystemen of kleurstellingen meestal plaats wanneer treinmaatschappijen hun rollend materieel volgens schema vernieuwen. In het Verenigd Koninkrijk zou een programma om een ​​aantal spoordiensten over te dragen aan de overheid – waardoor ze onderdeel worden van een nieuwe entiteit genaamd Great British Railways – een goed excuus kunnen zijn om te investeren in nieuw schilderwerk of kleurstellingen voor treinen. Dit is mede de reden waarom de RSSB heeft besloten om nu onderzoek te doen naar reflecterende materialen, legt Walker uit.

Ondertussen werken Paul en zijn collega's verder aan hun ondergrondse koeltechnologie op hun testlocatie in de krijtgroeve. "We bouwen langzaam verder om een ​​case te presenteren die dit operationeel kan maken", zegt hij. "We zijn misschien nog wel een jaar verwijderd."

Als hij, of wie dan ook, TfL kan interesseren en de metro tot bedaren kan brengen, dan is misschien alles mogelijk.