اولین خودرو بنزینی نبود، با هیدروژن کار می‌کرد

اگر فکر می‌کنید اولین سوخت خودرو بنزین بود، در واقع اشتباه می‌کنید: نخستین موتور احتراق داخلی تاریخ در سال 1806 با مخلوط هیدروژن و اکسیژن کار کرد. یعنی پیش‌گام خودروی بنزینی، دقیقاً همان فناوری‌ای بود که امروز آن را خودروی هیدروژنی خطاب می‌کنیم. این داستان که از مخترع سوئیسی François Isaac de Rivaz تا Samuel Brown و از Étienne Lenoir تا Karl Benz ادامه دارد، یکی از کمتر شناخته‌شده اما پرشگفت‌انگیزترین فصل‌های تاریخ خودرو است.

نخستین بار موتور احتراق داخلی چه زمانی و با چه سوختی کار کرد؟

پاسخ روشن است: در 1806 و با مخلوط هیدروژن و اکسیژن. در آن سال، افسر توپخانه‌ای سوئیسی متولد پاریس به نام François Isaac de Rivaz آزمودن موتوری را آغاز کرد که با اشتعال یک مخلوط سوخت انفجاری داخل سیلندر، پیستون را هل می‌داد. هسته منطق کار موتورهایی که امروز استفاده می‌کنیم - سوخت را در سیلندر بسوزان و پیستون را هل بده - دقیقاً همین بود. حتی موتور de Rivاز جرقه‌زنی با شمع هم داشت؛ یعنی دو ویژگی بنیادین موتور بنزینی مدرن در همین طراحی اولیه آماده بود.

ایده از کجا آمد؟ از نظامی‌گری. به‌عنوان افسر توپخانه، بسیار با مواد منفجره سروکار داشت و همین تجربه او را به سؤالی عجیب اما درخشان سوق داد: به‌جای بخار، آیا نمی‌توان پیستون را مستقیماً با یک انفجار هل داد؟ در 1804 آزمایش‌های انفجار داخل سیلندر را آغاز کرد و به‌زودی موتوری کارا به دست آورد.

خودروی هیدروژنی de Rivaz چگونه کار می‌کرد؟

اینجاست که ماجرا واقعاً جذاب می‌شود. موتور با مخلوط هیدروژن و اکسیژنِ مشتعل‌شده در سیلندر کار می‌کرد. هیدروژن فشرده در یک بالن نگهداری می‌شد و اکسیژن از طریق یک ورودی هوای جداگانه تأمین می‌شد. جرقه‌زنی چطور؟ با فشار دادن دکمه‌ای از بیرون، جرقه الکتریکی زده می‌شد - با پیل ولتایی. یعنی راننده، هر ضربه توان را با دست خودش فعال می‌کرد. موتور هیچ مکانیسم زمان‌بندی نداشت؛ ورود سوخت و جرقه‌زنی کاملاً دستی بود. حالا فکر کن: راندن خودرو با فشردن دکمه برای هر ضربه پیستون. باشگاه بدنسازی + رانندگی در یک‌جا، اما از نظر فنی یک موتور احتراق داخلی واقعی.

انتقال توان هم کاملاً متفاوت بود. انفجار، پیستون را در سیلندر عمودی به بالا هل می‌داد، سپس پیستون سنگین هنگام پایین آمدن با وزن خودش، از طریق یک سیستم قفل و با سازوکار چرخ‌داده و طناب، چرخ‌های جلوی خودرو را می‌چرخاند. به گوش عجیب می‌آید، اما کار می‌کرد.

در 30 ژانویه 1807 در پاریس ثبت اختراع شماره 731 انجام شد؛ دفتر ثبت اختراع کانتون واله سوئیس نیز آن را تأیید کرد. در همان سال، de Rivaz موتور آزمایشی خود را روی یک وسیله نقلیه نصب کرد و توانست مسافت کوتاهی را طی کند - نخستین خودرویی که با موتور احتراق داخلی جاده رفت، رسماً در جاده‌ها بود.

غول سال 1813: grand char mécanique

de Rivaz متوقف نشد و در 1813'ی یک وسیله نقلیه بسیار بزرگ‌تر ساخت: 6 متر طول، چرخ‌هایی به قطر 2 متر، وزنی حدود 1 تن . سیلندر آن 1.5 متر و کورس پیستون 97 سانتی‌متر بود. مخلوط سوخت حدود 2 لیتر گاز زغال‌سنگ با 10 تا 12 لیتر هوا تشکیل شده بود. در هر کورس پیستون، وسیله نقلیه 4 تا 6 متر جلو می‌رفت.

عملکردش؟ در شهر وووی سوئیس، این غول آسا روی جاده‌ای با شیب حدود 9 درصد، 300 کیلوگرم بار سنگ و چوب به همراه چهار نفر را 26 متر جلو برد - با سرعتی 3 کیلومتر بر ساعت. نگویم سریع، اما وسیله‌ای بود که با نیروی خودش بار جابه‌جا می‌کرد و همین در آن زمان هم دستاوردی به شمار می‌آمد.

متأسفانه همه متقاعد نشدند. آکادمی علوم فرانسه معتقد بود که موتور احتراق داخلی هرگز به عملکرد موتور بخار نمی‌رسد. امروز که به عقب نگاه می‌کنیم، این پیش‌بینی چه‌قدر غلط از آب درآمد، نه؟

اما نخستین؟ مسئله Pyreolophore

راستش را بخواهید، عنوان «نخستین موتور احتراق داخلی» هنوز محل بحث است. برادران فرانسوی نیسفور و کلود نیپس، در سال 1807 موتور خود به نام Pyreolophore را که قایق را با واکنش جت آب به حرکت درمی‌آورد توسعه دادند و در 20 ژوئیه 1807 پتنت گرفتند. اما پتنت دو ریوا به تاریخ 30 ژانویه 1807 بود - یعنی چند ماه زودتر. از آنجا که هر دو طراحی با روش‌های متفاوتی کار می‌کردند، پرسش «کدام‌یک واقعاً نخستین بود» به تعریف بستگی دارد. اما نخستین موتوری که با وسیله نقلیه روی جاده حرکت کرد، قطعاً موتور دو ریوا بود.

ساموئل براون و صعود Shooter's Hill (1826)

مهندس انگلیسی ساموئل براون، در فاصله 1825 تا 1835 نخستین موتور گازی را توسعه داد که بدون تردید کار واقعی انجام می‌داد و از نظر مکانیکی موفق بود. لحظه اوج اما 27 مه 1826 بود: براون موتورش را به یک وسیله نقلیه متصل کرد و از Shooter's Hill در جنوب شرقی لندن بالا رفت. سراشیبی، سخت‌ترین امتحان برای خودروی موتوری است؛ این صعود با رضایت تعداد زیادی تماشاگر به پایان رسید.

مشخصات موتور نیز چشمگیر بود: 4 اسب بخار قدرت، 2 سیلندر، کارکرد گازی اتمسفریک و حجمی 89 لیتری . بله، 89 لیتر - اصلاً درباره حجم موتورهای امروزی‌مان حرف نمی‌زنیم. نکته‌ای را یادآور شویم: با اینکه براون با این آزمون خودرو به شهرت رسید، معلوم است که موتور گاز-خلأ در پروژه‌ای بعدی به جای هیدروژن با گاز زغال‌سنگ کار کرده و برای مقاصد پمپاژ استفاده شده است. همچنین گفته می‌شود براون یک موتور بخار قدیمی Newcomen را برای سوزاندن گاز بازسازی کرده است - یعنی پیوند میان پیشگامان هیدروژنی و عصر بخار نیز همین‌جا دیده می‌شود.

هیپوموبیل لواروا: با هیدروژن در پاریس گشتن

نوبت شاید به شخصیت‌ترین چهره این داستان می‌رسد: مهندس بلژیکی‌تبار ژان-ژوزف-اتین لواروا. در سال 1860 از کنسرواتوار ملی هنر و صنایع پاریس پتنتی برای موتوری از نوع هوای منبسط‌شده با احتراق گاز دریافت کرد. در سال 1863 نیز وسیله سه‌چرخ هیپوموبیل را ساخت - این وسیله که نامش از درشکه اسبی گرفته شده بود، موتور احتراق داخلی خودش را حمل می‌کرد.

و اینک دوباره هیدروژن: Hippomobile دارای یک موتور تک سیلندر بود که با هیدروژن تولیدشده از تجزیه آب با الکترولیز کار می‌کرد. موتور با سیکل‌های طبیعی کار می‌کرد. یعنی لنوآر آب خود را به برق تجزیه می‌کرد و سوختش را خودش تولید می‌کرد. ایده‌ای که امروز سبز هیدروژن نامیده می‌شود، در سال 1863 از خیابان‌های پاریس از قبل در حرکت بود.

در سپتامبر 1863، لنوآر سفری حدوداً 10 کیلومتری از کارگاهش در Rue de la Roquette انجام داد. سپس رفت و برگشت از پاریس به Joinville-le-Pont 11 کیلومتر راه رفت؛ هر جهت حدوداً 90 دقیقه طول کشید و بیشینه سرعت حدوداً ~9 کیلومتر بر ساعت بود. حساب دیگری فاصله را 11 مایل و زمان را 3 ساعت ذکر می‌کند؛ تفاوت احتمالاً ناشی از تفاوت مسیر و اندازه‌گیری است اما نتیجه تغییر نمی‌کند: وسیله نقلیه از سرعت متوسط پیاده‌روی کندتر بود. با این حال چرخ‌ها می‌چرخیدند و موتور این کار را با سوخت خودش انجام می‌داد. لنوآر سال‌ها بعد تعریف کرد که موتورش را برای روشن کردن یک ارابه مزرعه در مسیرهای متعدد تا Joinville-le-Pont به کار برده است. همچنین موتورش را به گازهای مختلف مانند گاز زغال‌سنگ سازگار کرد و حدوداً 350–400 عدد موتور گازی لنوآر تولید و فروخته شد - یعنی برای اولین بار یک موفقیت تجاری واقعی نیز در کار بود.

پیشگامان کنار هم: چه کسی، چه زمانی، با چه سوختی؟

کارل بنز چگونه بر میراث هیدروژنی رسید؟

خب پس از 80 سال راهپیمایی هیدروژن، بنزین چگونه پادشاه شد؟ پاسخ از چند بخش تشکیل شده است. اول باید زمینه آماده می‌شد: در سال 1876 نیکولا اتو با الهام از محدودیت‌های موتورهای بخار، نخستین موتور احتراق داخلی موفق چهار زمانه را توسعه داد. موتور دوجهته با جرقه‌قهوه‌ای الکتریکی که لنوآر بین سال‌های 1858–1860 اختراع کرد و در سال 1860 به ثبت رساند، نیز حلقه حیاتی این زنجیره بود.

بنز به لطف موفقیت تجاری موتورهایش، توانست وقت بیشتری برای رؤیای یک خودروی سبک بنزینی اختصاص دهد. نتیجه: در 29 ژانویه 1886 در مانهایم برای خودروی سه‌چرخ Benz Patent-Motorwagen ثبت اختراع - در پرونده نام آن به عنوان وسیله نقلیه با موتور گازی ثبت شده است. با تولید خودروهای بنزینی بسیار موفق و کاربردی توسط هم بنز و هم گوتلیب دایملر، عصر خودروی مدرن آغاز شد؛ به همین دلیل بنز معمولاً مخترع خودرو شناخته می‌شود.

اما این را فراموش نکنیم: حتی صفحه تاریخ Mercedes-Benz نیز پیشگامانی مانند Rivaz، Lenoir و اتریشی Siegfried Marcus را جداگانه برمی‌شمارد و اشاره می‌کند که برخی از آن‌ها فقط روی کاغذ باقی ماندند و برخی وسیله‌های کوچکی بودند که نمی‌توانستند انسان حمل کنند. برتری Benz از آنجا می‌آمد که طرح‌های هیدروژنی عملی نبودند و خودروهای بنزینی با چرخه اتو بر عرصه تجاری مسلط شده بودند. دلیل فنی دیگر: بیشتر موتورهای اولیه، درست مانند موتور بخار، با اصل اتمسفری کار می‌کردند - یعنی انفجار مستقیماً پیشرانش تولید نمی‌کرد، بلکه خلأ ایجاد می‌کرد و پیستون را به پایین می‌کشید. سازوکاری که Benz به ارمغان آورد کارآمدتر بود.

تاجگذاری بنزین نیز یک‌شبه رخ نداد. بنزین تنها 1892 با اختراع خودرو به‌عنوان یک سوخت ارزشمند دیده شد. 1900–1910 اختراع کاربراتور پاششی، راه را برای استفاده از بنزین تصفیه‌نشده در خودروها باز کرد. و 1920 در سال 9 میلیون خودرو بنزینی در جاده‌ها وجود داشت. مزیت 80 ساله هیدروژن به بنزین واگذار شده بود.

آیا هیدروژن امروز برگشته است؟

نکته جالب این است: داستان بسته نشده است. موتور احتراق داخلی هیدروژنی امروز نیز هنوز در حال توسعه است و منابع متعددی اتفاق نظر دارند که اعتبار اختراع این موتور نیز از آنِ de Rivaz است. غول تجهیزات ساختمانی انگلیسی JCB می‌گوید اولین شرکت تجهیزات ساختمانی است که یک موتور احتراقی کاملاً کاربردی با هیدروژن توسعه داده و اعلام می‌کند که برای این کار با 150 مهندس در پروژه‌ای به ارزش 100 میلیون پوند بیش از 50,000 ساعت تست انجام داده است. در سمت پیل‌های سوختی نیز تحرکی وجود دارد. بازار مدرن خودروهای هیدروژنی

در سال 2025 به ارزش 8.31 میلیارد دلار است و رشد سالانه حدود 20 درصدی برای پنج سال آینده پیش‌بینی می‌شود. مدل‌هایی مانند Toyota Mirai، Hyundai Nexo و Honda FCX Clarity در بازارهای منتخب فروخته شدند؛ هزینه پیل‌های سوختی نیز از سال 2002 تاکنون 80 درصد کاهش یافته است. پس ایده de Rivaz در سال 1806، دو قرن بعد دوباره روی میز است - این بار با بودجه‌هایی بسیار جدی‌تر. ریشه موتور بنزینی به هیدروژن می‌رسد: سخن پایانی %80 کاهش یافت. یعنی ایده دو ریواس در سال 1806، دو قرن بعد دوباره روی میز است - این بار با بودجه‌های بسیار جدی‌تر.

ریشه موتور بنزینی به هیدروژن می‌رسد: سخن پایانی

اگر در گفتگوی بعدی درباره خودرو کسی بگوید خودرو با بنزین متولد شده است، از این به بعد یک برگ برنده دیگر هم در دست دارد: موتور خودرو با هیدروژن به دنیا آمد و سال‌ها بعد به بنزین منتقل شد. آن موتور دکمه‌دار و بادکنکی با پیستون سنگین که از تجربه توپخانه‌ای دِ ریواز زاده شد، ایده‌ای ضعیف اما واقعی بود؛ براون آن را سربالایی راند، لنوار آن را در خیابان‌های پاریس گرداند و بنز آن را با بنزین به یک صنعت تبدیل کرد. تاریخ گاهی دور می‌زند - و این شاید همان‌جایی که شروع شده به پایان برسد. به نظرت کدام جالب‌تر است: منحرف شدن داستانی که با هیدروژن آغاز شده به سمت بنزین، یا بازگشت دوباره آن به هیدروژن؟

منابع

• موتور دِ ریواز (De Rivaz engine)
• پیشگامان خودرو
• ساموئل براون (مهندس)
• اولین خودرو - Engines of Our Ingenuity
• هیپوموبیل (Hippomobile)
• خودرو بنز پاتنت (1885-1886)
• تاریخ بنزین - EIA آمریکا
• آیا تاکنون موتور هیدروژنی ساخته شده است؟
• گذشته، حال و آینده خودروهای هیدروژنی