De Toyota Prius, gewicht 1325 kilo schoon aan de haak, heeft een maximum snelheid op de batterij van zo’n 70 kilometer per uur. Die bereikt hij op 28 nikkel-metaalhydride (NiMH) batterijen met een totaalgewicht van dertig kilo. De superbus is vele malen zwaarder en moet bijna vier keer zo hard gaan rijden. Dat haal je niet met doorsnee NiMH batterijen. Die leveren niet genoeg vermogen.

Gelukkig is er hoop. MIT presenteerde vorig jaar een nieuwe lithium-ion batterij, die veilig genoeg is voor gebruik in voertuigen. Lithium is, net als elektronen, uiterst geschikt als beweeglijke ladingdrager, maar het is ook behoorlijk reactief spul – zie de filmpjes op internet van zelfontbrandende laptopbatterijen. Zoiets moet je bij 250 km/u niet overkomen.

‘Het nieuwe aan de vondst van MIT is de combinatie van drie technieken die in de wetenschap al bekend waren’, zegt dr. Erik Kelder, die bij TNW onderzoek doet aan batterijen.

Het gaat erom de combinatie van de drie technieken te optimaliseren. Het was bijvoorbeeld al langer bekend dat het vervangen van kobaltlaagjes in traditionele lithium-ion batterijen door mangaan en nikkel meer opslagcapaciteit gaf. Alleen ging de laadtijd erdoor omhoog. Door een andere, regelmatigere kristalstructuur te kiezen en zo de beweeglijkheid van de lithium-ionen te verhogen, slaagden de onderzoekers van MIT erin de laadtijd met een factor tien te versnellen.

Kelder: ‘Ze zijn nu zo ver dat deze batterijen commercieel aantrekkelijk zijn. Ze hebben de technologie verkocht aan Black & Dekker, die er onder meer krachtige boormachines mee uitrust. Overigens zijn er ook in Europa bedrijven die dit type batterijen maken. De Amerikanen zijn misschien iets verder met de technologie, maar vooral veel beter in pr.’

De EU heeft al langere tijd een groot onderzoeksprogramma lopen naar accusystemen voor auto’s, Liberal. Ook de TU Delft participeert hierin. Kelder: ‘De bottleneck voor de superbus zit niet in de levering van hoge vermogens, maar in de rijtijd. Op dat vlak zijn nog verbeteringen nodig. Daar werken wij aan in het EU network of excellence Alistore.’ Dat netwerk heeft tot doel in tien jaar tijd de opslagcapaciteit per kilo batterij te verdubbelen.

Een belangrijke onderzoeksrichting bevindt zich op het atomaire niveau. Om het uiterst reactieve lithium in toom te houden, wordt het per atoom omringd door zes koolstofatomen. Er valt significant op het gewicht en volume van de accu te besparen door het koolstof te vervangen door silicium, waarvan maar 4,4 atomen per lithiumatoom nodig zijn.

Alleen zorgt lithium voor nogal wat spanning in het atoomrooster van silicium, met scheuren als resultaat. ‘Wat is het gevolg van die scheuren?’ vraagt Kelder zich retorisch af. ‘Dat onderzoeken we momenteel, onder andere in een project samen met Shell.’

In het ontwerp van de superbus is een groot batterypack onder de vloer voorzien. Dankzij het aerodynamische ontwerp zou de bus 250 km/u moeten halen met dezelfde energie die een gewone bus nodig heeft voor 120 km/u. Maar de echte vraag is dus: hoe lang houdt de superbus dat vol?

Prof.dr. Wubbo Ockels, initiator van de superbus, is optimistisch: ‘Batterijtechnologie verandert razendsnel. We gaan nu aan de slag met lithium-polymeer batterijen, maar dat kan nog veranderen. In elk geval is de energiedichtheid nu al voldoende voor onze wensen.’

Als er één ding is dat qua futurisme een beetje in de buurt van de superbus komt, dan is het de Phileas bus, die in Eindhoven al een paar jaar dienst doet. Het is een hybride voertuig, dat een voorgeprogrammeerde route rijdt, waarbij de navigatie plaatsvindt via gps en magneten in het wegdek. Daarmee bepaalt de Phileas voortdurend zijn plek op de weg en kan hij bijvoorbeeld exact op de juiste plaats langs een perron rijden. Zodra de Phileas meer dan een halve meter van zijn geplande baan afwijkt, zet het systeem hem stil. Hoewel de Phileas in principe zonder chauffeur kan rijden, is er in de praktijk altijd eentje aan boord.

Precies een ingeprogrammeerde route afleggen over een vrije busbaan is namelijk niet de grootste uitdaging. Die ligt in de omgang met uitzonderingen, zoals obstakels. Er kan zomaar een spelend kind op de busbaan lopen en de automatische detectie van obstakels is nog onvoldoende betrouwbaar. De Parkshuttle, het chauffeurloze wagentje in Capelle aan den IJssel dat de kleine broer is van Phileas, botste in december 2005 op een ander exemplaar, omdat ze elkaar elektronisch uit het zicht verloren hadden.

‘Onze systemen zijn gebouwd voor snelheden tot tachtig kilometer per uur’, zegt Robert Lohmann van Frog, het Utrechtse bedrijf dat de navigatiesystemen voor Phileas en Parkshuttle bouwde. ‘Getest zijn ze tot honderd kilometer per uur, maar we hebben geen plannen om naar hogere snelheden te kijken, omdat die niet relevant zijn voor stadsbussen zoals de Phileas. De superbus is de enige waarvoor hogere snelheden nodig zouden zijn. Als die in een concreter stadium komt, zijn we uiteraard geïnteresseerd om over de navigatie mee te denken.’

De TU Delft mikt momenteel op radar en optische sensoren om de bus aan zijn route te houden en obstakels tijdig te detecteren. Volgens prof.dr.ir. Leo Ligthart, directeur van het International Research Centre for Telecommunications and Radar (IRCTR) bij de faculteit EWI is de grootste uitdaging om de chauffeur van de superbus tijdig voldoende inzicht te geven in de baan vlak achter bochten.

‘Ligthart heeft gelijk, maar de superbusbaan zal weinig bochten hebben’, zegt superbus-initiator prof.dr. Wubbo Ockels. ‘De veiligheid van de superbus wordt ondersteund door vele sensoren, zoals radar en camera’s. Als de superbus onvoldoende ziet, gaat hij langzamer rijden. Het grote verschil met de hsl is dat de superbus binnen enkele honderden meters kan stoppen. Op die afstand kan de chauffeur veel zelf zien.’

Zelfs als alle sensoren goed werken, is het bij 250 km/u nog een zware klus om de bus goed te besturen. Een kleine stuurfout, bijvoorbeeld als gevolg van een windvlaag, leidt al snel tot forse koersafwijkingen. Die moeten elektronisch gecorrigeerd worden, bijvoorbeeld met hulp van het zeer nauwkeurige GPS van de superbus.. Ook hier geldt: er is ervaring met wagentjes zoals de Parkshuttle, maar niet bij hoge snelheden. Vliegtuigen hebben wel systemen die op hoge snelheden berekend zijn, maar in het luchtruim kom je gegarandeerd geen spelende kinderen tegen.

De derde elektronische uitdaging is het realtime verwerken van alle signalen. ‘Geen probleem’, zegt Wim van Rij, directeur van Free Technics, producent van dergelijke systemen voor schepen en adviseur van het superbus-project. ‘Een bus is niks anders dan een boot. Wij hebben zelf op bitniveau een systeem gebouwd dat duizend input/outputsignalen tegelijk kan verwerken. Die expertise brengen we graag in.’

Vanwege de hoge snelheden heeft de superbus een eigen weginfrastructuur nodig. Los van de planning – denk aan de weerstand die de Betuwelijn opriep en de eeuwig onvoltooide A4 Midden Delfland – levert dat ook vragen op over de eisen waaraan die wegen moeten voldoen. Gezien de snelheden ligt het daarbij voor de hand even naar de Formule 1 te kijken (de hoofdconstructeur van het superbusteam, Antonia Terzi, heeft hierin haar sporen verdiend).

Wat het bochtenwerk betreft hebben ontwerpers van race-circuits andere belangen dan de superbus, namelijk een spannende wedstrijd, maar aan de interactie tussen toplaag en band wordt veel onderzoek gedaan, want de belasting is enorm. Voor het circuit van Bahrein werden zelfs stenen uit Wales geïmporteerd, om de asfaltlaag van voldoende grip te voorzien. Het is ook mogelijk asfalt met extra grip aan te leggen op cruciale plaatsen, bijvoorbeeld in een scherpe bocht. Hoe dan ook, voor het asfalt bestaat keuze genoeg: het gaat erom welke performance men wil, onder welke weersomstandigheden.

De initiator van de superbus, prof.dr. Wubbo Ockels, vindt de vergelijking met de F1 nogal overtrokken: ‘Je kunt het beter vergelijken met een zware Mercedes. Die haalt met gemak 250 kilometer per uur op een gewone snelweg. Overigens gaan wij uit van een baan die in de winter verwarmd is, om problemen met gladheid te voorkomen.’ De superbus zal geen andere banden krijgen, als het begint te regenen.

Maar speciale banden zijn wel nodig. ‘De uitdaging zit in de unieke combinatie van hoge belasting en hoge snelheid’, zegt Gerlof Korte van bandenfabrikant Vredestein. ‘Dat stelt eisen aan de versterking van de band en aan de compound voor zowel het loopvlak als de zijkant, want de vervorming en warmtebelasting zijn erg hoog. We proberen nu met de bij ons aanwezige kennis een band voor de superbus te maken. Als bij testen blijkt dat die niet voldoet, zal er extra ontwikkelwerk nodig zijn.’

Meer discussie is er over de vorm van de baan. Het superbusteam gaat voor bochten uit van een minimale boogstraal van 1600 meter. Prof.dr.-ing Ingo Hansen, hoogleraar vervoers- en verkeersvoorzieningen bij CiTG, rekende afgelopen november in een kritisch artikel over de superbus voor dat 4922 het minimum zou moeten zijn. Vergelijkingen met de hsl gaan natuurlijk mank, maar bij 200 km/u is het minimum voor de snelle trein 2000 meter, terwijl in de praktijk 2600 meter wordt aangehouden.

Het lastige aan de discussie tussen Hansen en het superbusteam is dat de eerste uitgaat van bestaande normen voor wegenbouw, niet alleen waar het bochten betreft, maar ook de vluchtstrook, de middenberm, de breedte van de rijbaan, enzovoort. Deze normen zijn natuurlijk niet uit de lucht komen vallen, maar ze zijn wel bedoeld voor het algemene verkeer, waar ook oude omaatjes zich in begeven. Omdat de superbus een eigen infrastructuur krijgt, met professionele chauffeurs, hebben de ontwerpers een punt als ze hun eigen normen ontwikkelen.

Ockels: ‘Daar hebben we afspraken over gemaakt met de Rijksdienst voor het Wegverkeer, die graag wil meewerken. Wij werken op basis van veiligheid aan een volledig nieuw concept. Daar moet de regelgeving vervolgens aan worden aangepast, ook op Europees niveau.’

Op de autosalon van Genève vorig jaar toonde een jonge Duitse autofabrikant de Loremo, een lichte, zuinige sportwagen, die vanaf 2009 in productie moet gaan. De GT-versie, die maximaal 220 kilometer per uur gaat, weegt 470 kilo en rijdt 100 kilometer op 2,7 liter benzine. Dat deze snelle lichtgewicht wagen niettemin veilig is, komt door de constructie, opgebouwd uit staal in een cellenstructuur.

De deuren van de Loremo zitten aan de bovenkant in plaats van aan de zijkant. Dat maakt de constructie bij gelijkblijvend gewicht steviger, zowel bij een botsing van voren/achteren als van de zijkant. Immers, een klap van voren vang je voor een belangrijk deel op met een stijve constructie over de volle lengte van het voertuig. Die stijve constructie zit bij de Loremo niet alleen in de bodem van de auto, maar ook aan de zijkant. Een doorlopende constructie aan de zijkant vangt krachten ook beter op dan een losse deur. Die extra sterkte in de constructie gebruikt Loremo voor een gewichtreductie.

Dezelfde sterkte kan – tegen een hogere prijs – bereikt worden met composietmaterialen die nog lichter zijn dan lichtgewicht staal. Dat is precies het plan van de superbus, die acht tot tien ton moet gaan wegen, tegen twintig ton voor een conventionele bus. De superbus is ook veel minder hoog dan een gewone bus, ongeveer de hoogte van een terreinwagen, omdat passagiers niet door het gangpad hoeven te lopen.

Passagiers stappen namelijk direct in een van de zeven compartimenten. De veertien vleugeldeuren (aan beide kanten) die daarvoor nodig zijn, vormen ook een potentiële bottleneck in de constructie. ‘Het blijkt te lukken met de torsiestijfheid van de deuren’, zegt superbus-initiator prof.dr. Wubbo Ockels daarover. De crux zit in de hexagonale constructie van de deuren. Die vangt veel meer krachten op dan een platte deur.

Van groot belang in de constructie is uiteraard ook de aerodynamica. De luchtweerstand moet zo gering mogelijk zijn om de hoge snelheid te halen, maar de lucht moet de superbus ook op het wegdek drukken. Een diffusor, in feite een omgekeerde trechter, zorgt ervoor dat de lucht aan de achterkant onder de bus meer ruimte heeft dan aan de voorkant. Daardoor ontstaat een onderdruk die de superbus tegen het wegdek zuigt

Een ander lastig onderwerp in de constructie is de vering. ‘Net als bij personenwagens met deze snelheden is er een trade-off tussen twee criteria’, vertelt ir. Edwin de Vries, die zich bij 3ME onder andere bezig houdt met voertuigdynamica. ‘De vering moet enerzijds obstakels isoleren, maar anderzijds wel het voertuig aan de grond houden. De kunst is voor deze twee criteria te optimaliseren.’

‘De aslast van de superbus is ondanks de lichtgewicht constructie echter meer vergelijkbaar met een bus dan met een personenwagen’, gaat De Vries verder. ‘Bij bussen en vrachtwagens, met snelheden rond de tachtig kilometer per uur, speelt het probleem van de wegligging helemaal niet. Ockels heeft dus echt een nieuwe mix gevonden, die hij moet optimaliseren.’

‘Maar’, zegt Ockels, ‘volgens PDE, het bedrijf dat de vering levert, zijn de eisen die superbus stelt voor hen niet onoverkomelijk.’

Iedereen die wel eens met het openbaar vervoer gaat, weet dat voor- en natransport ter plekke vaak minstens zoveel tijd kost als de treinrit tussen twee steden. Dat is het unieke van de superbus: hij bedient een fijnmazig netwerk (op postcodeniveau, aldus initiator prof.dr. Wubbo Ockels), maar haalt op de lange afstanden toch grote snelheden. Ten behoeve van een studie voor de Zuiderzeelijn bedacht Ockels ook een variant met opstapstations, maar dat is niet het uiteindelijke doel.

De gedachte is dat passagiers enige tijd van tevoren hun reisbehoefte aangeven, zodat de computer een planning kan maken waar de superbus mensen moet ophalen. Op die manier moet een hoge bezettingsgraad gerealiseerd worden, want anders gaat het teveel op een taxi lijken, met het bijbehorende kostenplaatje.

De cruciale vraag is natuurlijk of er op postcodeniveau behoefte is aan een regelmatige capaciteit van vijfentwintig passagiers. Maar kleiner beginnen is natuurlijk logischer. Vandaar de Zuiderzeelijn. Het superbusteam heeft ook voorgesteld de superbus mee te nemen in de besluitvorming rond de A6/A9, het omstreden stuk snelweg dat de files tussen Almere en Amsterdam moet oplossen.

Juist de aannames over het vervoersaanbod en de afwikkeling ervan krijgen kritiek van verkeerskundige prof.dr.-ing. Ingo Hansen. ‘De invloed van minder betrouwbare en langere reistijden op de vervoersvraag van de superbus is zeker niet te onderschatten’, schrijft hij in een kritische notitie over de superbus. Hansen noemt de treintaxi als voorbeeld van een niet geheel geslaagde poging tot vervoer op aanvraag.

Een andere mogelijke vergelijking in de huidige situatie is de Zuidtangent, een buslijn die 5 km door Haarlem gaat, dan 25 km vrije busbaan langs Schiphol heeft en dan 10 km door Aalsmeer naar Amsterdam Bijlmer. Van de totale reistijd van ruim een uur wordt ongeveer twintig minuten rijdend over de vrije baan besteed. Daarbinnen zal de tijdwinst gehaald moeten worden, zou dit een superbustraject zijn.

Ockels vindt dat deze vergelijking mank gaat: ‘Gewone bussen rijden een vaste route met een groot aantal stops en een veel langere afstand dan de meeste passagiers wensen. Dat doet Superbus niet! De logistiek van superbus is enigszins gesimuleerd door het ministerie van VWS en de uitkomsten daarvan waren erg positief.’

Meer vrijbaan is geen optie, zegt ook Ockels: ‘Wij zijn niet de mensen die Nederland vol willen bouwen met superbusbanen. De essentie van de superbus is nou net dat hij geïntegreerd wordt in de bestaande infrastructuur door de vrije baan te bundelen met de autosnelweg. Wij zeggen: als ergens nieuwe infrastructuur wordt aangelegd, kijk dan ook naar de mogelijkheden die de superbus biedt. Bovendien ontlast een superbusbaan de snelweg waar ze langs ligt. Een recente studie van de gemeente Schiedam heeft zelf een potentieel spectaculaire daling van de files laten zien. De capaciteit van een superbusbaan staat gelijk aan drie tot vijf banen autosnelweg.’

De de tijdwinst en daarmee de vervoersvraag van de superbus zal uiteindelijk sterk afhangen van de implementatie, met name het percentage vrije busbaan op het totale traject (een pijnpunt in het toch al volle Nederland, maar allicht minder elders). Door een sponsorcontract met Connexxion is de superbus nog niet buiten beeld voor de Zuiderzeelijn, maar voorlopig is het wachten op een overtuigend prototype.

Volgens Ockels zit de superbus netjes op het schema om bij de Olympische Spelen van Beijing 2008 te tonen. ‘We zijn al gedetailleerd bezig met de voorbereiding. Het gaat lukken om daar een bus te presenteren die 250 kilometer per uur kan rijden.’