Когато горивата за Формула 1 бяха…и ще бъдат синтетични.

18 Jul 2024

 

От 2026 година горивата във Формула 1 ще бъдат със синтетичен и нефосилен произход. Не съм привърженик на историческите аналогии, но специално що се касае до Формула 1, подобни могат да се направят за няколко периода.    

Още през 20-те години Хари Рикардо установява, че причинителят на вредното явление „детонация“ може би трябва да се търси в естеството на самите бензини. По това време най-добрите бензини се изпращат в авиацията, тези с малко по-ниско качество са предназначени за  автомобилите, а накрая следват тези за тракторите и другите тежки возила. Танковите двигатели трябвало да се задоволяват с най-нискокачествената част. След множество опити Рикардо установява, че детонациите значително намаляват, ако се използва за гориво или пък се прибавя бензол – органично съединение, ароматен въглеводород със стабилна структура, който по това време се получава при преработката на бензоена киселина. Освен това Рикардо изследва бензини, произведени от нефт от различни находища на Shell и установява, че добиваният от остров Борнео петрол сам по себе си може да осигури на моторите най-малко 20% повече мощност. Оказва се, че поради голямата му плътност и тежест, до този момент рафинериите на Shell не го използват, а го изгарят като отпадък. След откритието на Рикардо ръководството на компанията незабавно спира това прахосничество, а нефтопреработващите й предприятия започват веднага производството на авиационно гориво на негова база. Паралелно с това Shell поръчват на Рикардо да създаде специално гориво за състезателни автомобили и мотоциклети. На учения вече му е добре известно, че алкохолите, като  метанол и етанол имат много висока детонационна устойчивост и че могат да се смесват с бензин – получавало се гориво със значително по-добро качество. Оказва се, че освен с високата си детонационна устойчивост алкохолите оптимизират горивния процес поради съдържащия се в състава на молекулите им кислород. Етиловият алкохол обаче все още не може да се използва в промишлени количества, защото е продукт основно на селското стопанство и служи главно за производство на спиртни напитки. Количеството му не достигало и една хилядна от необходимото за автомобилите.

Метанол, бензол, костно брашно  

За да реши проблема с недостига на алкохол, Рикардо забърква смес, която в най-различни пропорции и с най-различни добавки от бензини ще се използва дълги години в моторните спортове. Става дума за комбинацията от бензол, ацетон, етилов алкохол (етанол), вода и… 2% мас от бобър... Сместа се държи в строга тайна от Shell, които се страхуват формулата да не  попадне в ръцете на конкуренцията. От друга страна обаче, компанията иска да я превърне в печеливш пазарен продукт. Основният проблем идва от патентоването, защото всяка добре оборудвана лаборатория на конкурентите може си купи гориво, да го анализира, да промени леко пропорциите и без да нарушава патентния закон да го продава като свое. В даден момент на Джеймс Коули (по това време шеф-химик на Shell) му хрумва да добави към сместа някаква по-особена добавка, която едновременно да затрудни и обърка анализите и да придаде на горивото характерна миризма. В крайна сметка е решено за целта да бъдат използвани няколко грама фино смляно костно брашно – оказва се, че с негова помощ се постига изумителен ефект. Миризмата която излизала  от ауспусите на колите е кошмарна и кара конкурентите на Shell да си мислят, че компанията използва специално разработена по време на войната тайна смес. Говори се дори, че става въпрос за някакъв вид експлозив... Още по-интересно става, когато Shell разрешава на своя приятелска фирма да произвежда  сместа под друго име. “Disсol R” осигурявал 30% повече мощност от най-добрите тогавашни горива на конкурентите, но за съжаление съдържа прекалено скъпия синтетичен бензол.

Особено интересен период във Формула 1 е турбоерата, особено периода в който няма ограничения на вида, но на количеството гориво. Голяма част от използваните по това време компоненти, като създадените от нефтеното подразделение на BASF Wintershall смеси са двигателите на BMW за Brabham са основа за постигането на колосалните мощности на 1,5 литровите турбомотори (до 1400 к.с. при тренировки) са синтетични ароматни въглеводороди като тулуол с октанови числа над 120 единици. Освен „адските смеси“ по време на турбо ерата от 80-те години инженерите охлаждат до много ниски температури горивата за да могат да съберат повече от тях на база обем.

 

От 1996 година горивата във Формула 1 се базират на стриктни регулации, и средното им октаново число не трябва да надвишава 95. Което означава че те на практика не се отличават от бензините, които се зареждат по бензиностанциите. Доставчиците на горива като Shell изпращат проби до FIA в началото на сезона и използваните за различните писти варианти са различни най-вече по вътрешния си фракционен състав в зависимост от това какви компоненти са нужни – различните фракции имат различен принос в зависимост от нуждите за ускоряване от завои или прилагане на продължителна мощност на дълги прави. От 2014 година насам двигателите са с принудително пълнене, но за разлика от първата турбо ера, октановото число остава ограничено. Компенсирането на склонността към детонации се извършва в известна степен от директното впръскване, което вътрешно охлажда цилиндрите и много по-модерните методи за контрол на горивните процеси.

Porsche вече натрупа опит в създаването и производството на така наречените e-fuels заедно със своя партньор Siemens Energy в своята опитна инсталация в „пояса на вятъра“ в Чили. Както и останалите синтетични горива те са базирани на органичен синтез чрез Фишер Тропш процес, създаден още преди Втората световна война от германските учени Франц Фишер и Ханс Шропш. Този процес е бил използван от Германия по време на войната за производство на синтетични горива от въглища. На негова база сега се създават и биогоривата от второ и трето поколение (етанолът и биодизелът са горива от първо поколение базирани на ферментация и трансестерификация) при което изходната въглеводородна суровина като целулозни остатъци (Biomass-to-Liquid) или природен газ (Gas-to-Liquid) се преобразува в така наречения Synt Gas включващ въглероден окис и водород. След това молекулните връзки се разкъсват и се синтезират желаните въглеводороди в зависимост от вида на установката. При e-fuels за производството на водород като суровина се използва вода и електричество. Въглеродният двуокис, който се превръща във въглероден окис се доставя с цистерни, а в бъдеще – от въздуха. 10-те процента биоетанол така или иначе вече е субстанция от горивата от 2022 г.  

Петролните компании които работят в тясно сътрудничество със съответните отбори като Shell и Ferrari или Audi и BP/Aral имат свободата да създадат напълно ново композирани, “sustainable” горива в по-предвидими качества. Това е нова основа за конкуренция и възможност за по-интересни състезания. Що се касае до ограниченията, то те тече няма да са на база маса на горивото, а енергийната им стойност поради свободата за разлики в химическия състав. Предстои да видим какви суровини ще използват различните компании – дали гореспоменатите e-fuels или пък обелки от картофи. Всъщност за химиците изходната въглеводородна суровиня няма особено значение. Просто ограниченията изискват да са "нефосилни".  

Повече подробности по темата за поведението на горивата нв двигателите можете да прочетете на https://dizzyriders.bg/post/14784/vyglevodorodni-vryzki-ili-vsichko-koeto-stoi-zad-ponyatieto-kachestveni-goriva      

 

• Tweet
• Pin it
• Share