أول سيارة لم تكن تعمل بالبنزين، بل كانت تعمل بالهيدروجين

إذا كنت تعتقد أن أول وقود للسيارة كان البنزين، فأنت مخطئ في الواقع: أول محرك احتراق داخلي في التاريخ 1806 عمل بمزيج من الهيدروجين والأكسجين. أي أن رائد السيارة البنزينية كان هو ذاته التكنولوجيا التي نصرخ اليوم بقولها سيارة الهيدروجين. وهذه القصة، الممتدة من المخترع السويسري فرانسوا إسحاق دي ريفاز إلى صامويل براون، ومن إتيان لينوار إلى كارل بنز، هي واحدة من أقل فصول تاريخ السيارة شهرةً وأكثرها مفاجآت.

متى شغّل محرك الاحتراق الداخلي أول مرة وبأي وقود؟

الجواب واضح: في عام 1806 و بمزيج من الهيدروجين والأكسجين. ففي تلك العام بدأ فرانسوا إسحاق دي ريفاز، الضابط المدفعي السويسري المولود في باريس، تجربة محرك يدفع المكبس عبر إشعال مزيج وقود متفجر داخل الأسطوانة. وهذا بالضبط هو جوهر مبدأ عمل المحركات التي نستخدمها اليوم: أحرِق الوقود في الأسطوانة وادفع المكبس. وعلاوة على ذلك، كان محرك دي ريفاز يضم حتى الإشعال بوشاجة الشرارة، أي أن الخاصيتين الأساسيتين للمحرك البنزيني الحديث كانتا جاهزتين في هذا التصميم الأول.

من أين جاءت الفكرة؟ من الخدمة العسكرية. فبصفته ضابط مدفعية كان ملمّعاً جداً بالمتفجرات، ودفعته هذه التجربة نحو سؤال غريب لكنه عبق: أليس ممكناً دفع المكبس بانفجار مباشر بدلاً من البخار؟ في عام بدأ تجارب الانفجار داخل الأسطوانة، وسرعان ما توصل إلى محرك عامل.

كيف كانت تعمل سيارة دي ريفاز العاملة بالهيدروجين؟

وهنا تصبح الأمور ممتعة فعلاً. كان المحرك يعمل بمزيج الهيدروجين والأكسجين الذي يُشعل في الأسطوانة. وكان الهيدروجين المضغوط يُخزَّن في منطاد، بينما كان الأكسجين يُؤمَّن من مدخل هواء منفصل. والإشعال؟ كان يُحدث شرارة كهربائية بالضغط على زر من الخارج - بواسطة بطارية فولتا. أي أن السائق كان يُطلق كل شوط قدرة بيده هو. لم يكن في المحرك أي آلية توقيت؛ كان إدخال الوقود والإشعال يدويين بالكامل. تخيّل الآن: قيادة سيارة بالضغط على زر لكل شوط مكبس. صالة ألعاب رياضية + عمل سائق في آن واحد، لكنه تقنياً محرك احتراق داخلي حقيقي.

كان نقل القدرة مختلفاً تماماً أيضاً. كان الانفجار يدفع المكبس صعوداً في الأسطوانة العمودية، ثم عند هبوط المكبس الثقيل بثقله كان نظام مزلاج يدير عبر ترتيب من البكرة والحلقة والحبل العجلات الأمامية للسيارة. قد يبدو الأمر غريباً، لكنه كان يعمل.

في 30 يناير 1807 سُجِّلت في باريس براءة الاختراع رقم 731 ؛ كما أكد مكتب براءات الاختراع في كانتون فاليه السويسري ذلك. وفي العام نفسه وضع دي ريفاز محركه التجريبي في عربة وتمكن من قطع مسافة قصيرة - كانت أول مركبة تسير بمحرك احتراق داخلي رسمياً على الطرق.

عملاق عام 1813: الـ grand char mécanique

لم يتوقف دي ريفاز، وفي عام 1813 قام بصنع مركبة أكبر بكثير في: بطول 6 أمتار وبعجلات قطرها 2 متر وبوزن يقارب 1 طن . أسطوانته 1.5 متر ومسار المكبس 97 سم كان. وكان خليط الوقود يتكون تقريباً من 2 لتر من غاز الفحم مع 10-12 لتراً من الهواء. في كل مسار للمكبس كانت المركبة تتقدم 4-6 أمتار.

الأداء؟ في مدينة فيفي السويسرية، صعدت هذه المركبة العملاقة على طريق بميل يبلغ حوالي 9% حملاً من الحجارة والخشب يزن 300 كغ إضافة إلى أربعة أشخاص، وتقدمت مسافة 26 متراً بسرعة 3 كم/س . لا نسميها سريعة، لكنها كانت مركبة تحمل أحمالاً وتتحرك بقوتها الذاتية، وكان ذلك إنجازاً حتى في ذلك الوقت.

للأسف لم يقتنع الجميع. كانت أكاديمية العلوم الفرنسية ترى أن محرك الاحتراق الداخلي لن يصل أبداً إلى أداء المحرك البخاري. وعندما ننظر اليوم إلى الوراء، ما مدى خطأ هذا التوقع، أليس كذلك؟

فهل كان هو الأول؟ مسألة Pyreolophore

بصراحة، لقب "أول محرك احتراق داخلي" لا يزال موضع جدل. الأخوان الفرنسيان نيسيفور وكلاود نيبس طوّرا في عام 1807 محركهما المسمى Pyreolophore الذي يُحرّك قارباً برد فعل نفث الماء، وحصلا على براءة اختراع في 20 يوليو 1807. أما براءة اختراع دي ريفاز فتاريخها 30 يناير 1807 - أي قبل بضعة أشهر. وبما أن التصميمين يعملان بطرق مختلفة، فإن سؤال "أيهما كان فعلاً أولاً" مسألة تتغير حسب التعريف. لكن أول محرك قطع الطريق بمركبة كان بلا شك محرك دي ريفاز.

صمويل براون وتسلق Shooter's Hill (1826)

المهندس الإنجليزي صمويل براون طوّر بين 1825-1835 أول محرك غازي قام بعمل حقيقي بلا شك ونجح ميكانيكياً. وكانت لحظة الذروة في 27 مايو 1826: حيث ربط براون محركه بمركبة وصعد تل Shooter's Hill جنوب شرق لندن. فالتل هو الاختبار الأقسى للمركبات المحركة، وانتهى هذا التسلق إلى رضا جمهور كبير.

ولمحرك مواصفات مذهلة أيضاً: 4 حصان قدرة، أسطوانتان، تشغيل غازي جوي، وحجم 89 لتراً . نعم، 89 لتراً - ولا نتحدث حتى عن حجم محركاتنا اليوم. ولنضف ملاحظة: رغم أن براون برز بهذا اختبار المركبة، من المعروف أن المحرك الغازي-التخليقي شُغّل في مشروع لاحق بغاز الفحم بدلاً من الهيدروجين واستُخدم لأغراض الضخ. كما يُقال إن براون كيّف محركاً بخارياً قديماً من طراز نيوكومن ليحرق الغاز - أي أن الرابط بين رواد الهيدروجين وعصر البخار يظهر هنا أيضاً.

Hippomobile لانوار: التنقل بالهيدروجين في باريس

والآن يأتي دور ربما أكثر شخصيات القصة تميزاً: المهندس البلجيكي المولد جان-جوزيف-إتيان لانوار. في عام 1860 حصل في باريس على براءة اختراع من Conservatoire National des Arts et Métiers لمحرك هوائي يتمدد باحتراق الغاز. وفي عام 1863 صنع Hippomobile ثلاثي العجلات - وهي مركبة اشتق اسمها من العربة التي تجرها الأحصنة، وكانت تحمل محرك الاحتراق الداخلي الخاص بها.

وهنا الهيدروجين من جديد: امتلكت Hippomobile محركاً أحادي الأسطوانة يعمل بالهيدروجين المنتج عبر التحليل الكهربائي للماء. وكان المحرك يعمل بدورات طبيعية. أي أن لينوار كان يفصل ماءه إلى كهرباء وينتج وقوده بنفسه. الفكرة التي تُعرف اليوم بالهيدروجين الأخضر كانت تتدحرج بالفعل في شوارع باريس عام 1863.

في سبتمبر 1863، أنجز لينوار رحلة بطول نحو 10 كيلومترات انطلقت من ورشته في Rue de la Roquette. ثم قطع لاحقاً ذهاباً وإياباً من باريس إلى Joinville-le-Pont 11 كم ؛ استغرق كل اتجاه نحو 90 دقيقة وبلغت السرعة القصوى ~9 كم/س تقريباً. يذكر حساب آخر أن المسافة 11 ميلاً والمدة 3 ساعات؛ ويرجع الاختلاف على الأرجح إلى اختلافات المسار والقياس، لكن النتيجة لا تتغير: كانت المركبة أبطأ من سرعة المشي المتوسطة. ومع ذلك، كانت العجلات تدور، وكان المحرك يفعل ذلك بوقوده الخاص. روى لينوار بعد سنوات أنه استخدم محركه لتشغيل عربة مزرعة في عدة رحلات بين Joinville-le-Pont. كما كيّف محركه للعمل بأنواع مختلفة من الغازات مثل غاز الفحم، وأُنتج نحو 350–400 محرك غاز من طراز لينوار وبِيع - أي أن نجاحاً تجارياً حقيقياً تحقق لأول مرة أيضاً.

الرواد جنباً إلى جنب: من متى وبماذا؟

كيف جاء كارل بنز فوق إرث الهيدروجين؟

فبعد أن قطع الهيدروجين 80 عاماً من الطريق، كيف أصبح البنزين ملكاً؟ الجواب يتكون من عدة أجزاء. أولاً، كان لا بد من تهيئة الأرضية: في عام 1876 طوّر نيكولا أوتو، مستوحياً من قيود المحركات البخارية، أول محرك احتراق داخلي رباعي الدورات ناجح. وكان محرك لينوار ذو التأثير المزدوج والإشعال بالشرارة الكهربائية، الذي اخترعه بين 1858–1860 وقدّم براءة اختراعه عام 1860 حلقةً حاسمة في هذه السلسلة أيضاً.

بفضل النجاح التجاري لمحركاته، استطاع بنز تخصيص مزيد من الوقت لحلمه بسيارة خفيفة تعمل بالبنزين. وكانت النتيجة: براءة اختراع في 29 يناير 1886 في مانهايم عن مركبة ثلاثية العجلات Benz Patent-Motorwagen - ويرد اسمها في الملف كمركبة تعمل بمحرك غازي. ومع إنتاج كل من بنز وغوتليب دايملر مركبات بنزينية عملية وناجحة للغاية، بدأ عصر السيارة الحديثة؛ ولهذا يُعتبر بنز عادةً مخترع السيارة.

لكن دعنا لا ننسى: حتى صفحة تاريخ Mercedes-Benz الخاصة تذكر الرواد مثل Rivaz وLenoir والنمساوي Siegfried Marcus، وتشير إلى أن بعضهم لم يتجاوز مرحلة الورق، وبعضهم كان مركبات صغيرة لا تستطيع نقل البشر. تفوق Benz جاء من أن التصاميم العاملة بالهيدروجين لم تكن عملية، ومن أن المركبات البنزينية ذات دورة Otto سيطرت على المجال التجاري. وسبب تقني آخر: معظم المحركات المبكرة كانت تعمل بالمبدأ الجوي، شأنها شأن المحرك البخاري - أي أن الانفجار لم يكن ينتج الدفع مباشرة، بل كان يخلق تفريغا يسحب المكبس إلى الأسفل. وكان النظام الذي قدمه Benz أكثر كفاءة.

ولم يكن تتويج البنزين حاصلا بين ليلة وضحاها. لم يُنظر إلى البنزين كوقود ثمين إلا 1892 مع اختراع السيارة. وبين 1900-1910 فتح اختراع المكربن الرشاش الباب أمام استخدام البنزين غير المكرر في المركبات. وبحلول 1920 كانت على الطرق 9 ملايين مركبة بنزينية. ميزة الهيدروجين التي دامت 80 عاما كانت قد ضاعت لصالح البنزين.

هل عاد الهيدروجين اليوم؟

الجميل في الأمر أن القصة لم تُغلق بعد. المحرك الاحتراقي الداخلي العاملة بالهيدروجين لا يزال قيد التطوير اليوم، وتتفق مصادر كثيرة على أن جزء من فضل اختراع هذا المحرك يعود إلى de Rivaz أيضا. تقول شركة JCB العملاقة البريطانية لمعدات البناء إنها أول شركة معدات بناء تطور محرك احتراقا كامل الوظائف يعمل بالهيدروجين، وتعلن أنها أجرت له بـ150 مهندسا في مشروع بقيمة 100 مليون جنيه إسترليني أكثر من 50000 ساعة من الاختبارات.

وهناك حركة أيضا في جانب خلايا الوقود. سوق المركبات الهيدروجينية الحديثة تبلغ قيمته اعتبارا من 2025 8.31 مليار دولار ويُتوقع نمو سنوي بنحو 20% للسنوات الخمس القادمة. نماذج مثل Toyota Mirai وHyundai Nexo وHonda FCX Clarity بيعت في أسواق مختارة؛ كما انخفضت تكاليف خلايا الوقود بنسبة 80% منذ عام 2002. أي أن فكرة de Rivaz عام 1806 عادت إلى الطاولة بعد قرنين - وهذه المرة بميزانيات أكثر جدية بكثير.

جذور المحرك البنزيني ممتدة إلى الهيدروجين: الكلمة الأخيرة

في حديث السيارات التالي، إذا قال أحدهم إن السيارة وُلدت بالبنزين، أصبح بيدك الآن بطاقة إضافية: محرك السيارة وُلد بالهيدروجين، ولم ينتقل إلى البنزين إلا بعد عقود من الزمن. ذلك المكبس الثقيل ذو الأزرار والبالون، الذي وُلد من تجربة دي ريفاز المدفعية، كان فكرة ضعيفة لكنها حقيقية؛ حملها براون صعوداً نحو التل، وجابها لينوار في شوارع باريس، ثم حوّلها بنز بالبنزين إلى صناعة. التاريخ أحياناً يدور في دائرة - وقد تنتهي هذه الدورة ربما من المكان الذي بدأت فيه. أيهما تراه أMore إثارة: قصة بدأت بالهيدروجين ثم انحرفت نحو البنزين، أم عودتها من جديد إلى الهيدروجين؟

المصادر

• محرك دي ريفاز
• رواد السيارة
• صامويل براون (مهندس)
• أول سيارة - Engines of Our Ingenuity
• Hippomobile
• سيارة بنز ذات براءة الاختراع (1885-1886)
• تاريخ البنزين - U.S. EIA
• هل صنع أحد محركاً بالهيدروجين؟
• ماضٍ وحاضر ومستقبل مركبات الهيدروجين