İlk Otomobil Benzinli Değildi, Hidrojenle Çalışıyordu

Otomobilin ilk yakıtı benzindi derken aslında yanılıyorsunuz: tarihin ilk içten yanmalı motoru 1806 yılında hidrojen-oksijen karışımıyla çalıştı. Yani benzinli otomobilin öncüsü, bugün hidrojen arabası diye haykırdığımız teknolojinin ta kendisiydi. İsviçreli mucit François Isaac de Rivaz'dan Samuel Brown'a, Étienne Lenoir'dan Karl Benz'e uzanan bu hikâye, otomobil tarihinin en az bilinen ama en sürpriz dolu bölümlerinden biri.

İçten yanmalı motor ilk ne zaman ve neyle çalıştı?

Cevap net: 1806'da ve hidrojen-oksijen karışımıyla. O yıl Paris doğumlu, İsviçreli topçu subayı François Isaac de Rivaz, silindir içinde patlayıcı bir yakıt karışımını tutuşturarak pistonu iten bir motor denemeye başladı. Bugün kullandığımız motorların çalışma mantığının çekirdeği - yakıtı silindirde yak, pistonu it - tam olarak buydu. Üstelik de Rivaz'ın motorunda bujiyle ateşleme bile vardı, yani modern benzinli motorun iki temel özelliği bu ilk tasarımda hazır duruyordu.

Fikir nereden geldi? Askerlikten. Topçu subayı olarak patlayıcılarla çok haşır neşir olmuş biriydi ve bu deneyim onu tuhaf ama parlak bir soruya itti: Buhar yerine, doğrudan bir patlamayla piston itilemez mi? 1804'te silindir içinde patlama deneylerine başladı ve kısa sürede çalışan bir motor ortaya koydu.

De Rivaz'ın hidrojenli arabası nasıl çalışıyordu?

İşte burada işler gerçekten eğlencelileşiyor. Motor, silindirde tutuşturulan hidrojen-oksijen karışımıyla çalışıyordu. Sıkıştırılmış hidrojen bir balonda saklanıyor, oksijen ise ayrı bir hava girişinden sağlanıyordu. Ateşleme mi? Dışarıdan bir düğmeye basarak elektrik kıvılcımı çakılıyordu -Voltai piliyle. Yani sürücü, her güç vuruşunu kendi eliyle tetikliyordu. Motorun zamanlama mekanizması yoktu; yakıt girişi de ateşleme de tamamen manuel. Şimdi düşün: her piston vuruşu için bir düğmeye basarak araba sürmek. Spor salonu + şoförlük bir arada, ama teknik olarak gerçek bir içten yanmalı motor.

Güç aktarımı da bambaşkaydı. Patlama pistonu dikey silindirde yukarı itiyor, sonra ağır piston kendi ağırlığıyla aşağı inerken bir mandal sistemi aracılığıyla kasnak-çember ve ip düzeniyle arabanın ön tekerleklerini döndürüyordu. Kulağa garip geliyor, ama işliyordu.

30 Ocak 1807'de Paris'te 731 no'lu patent alındı; İsviçre'nin Valais kantonu patent ofisi de bunu teyit etti. Aynı yıl de Rivaz deneysel motorunu bir arabaya yerleştirdi ve kısa bir mesafe gitmeyi başardı - içten yanmalı motorla yol alan ilk araç resmen yollardaydı.

1813'ün devi: grand char mécanique

De Rivaz durmadı ve 1813'te çok daha büyük bir araç yaptı: 6 metre uzunluğunda, 2 metre çapında tekerlekli, yaklaşık 1 ton ağırlığında. Silindiri 1,5 metre, piston stroku 97 cm idi. Yakıt karışımı yaklaşık 2 litre kömür gazı ile 10–12 litre havadan oluşuyordu. Her piston stroğunda araç 4–6 metre ilerliyordu.

Performansı? İsviçre'nin Vevey kentinde bu dev araç, ~%9 eğimli bir yolda 300 kg taş ve ahşap yüküyle artı dört kişiyi 26 metre ileri götürdü - 3 km/s hızla. Hızlı demeyelim, ama yük taşıyan kendi gücüyle ilerleyen bir araçtı ve bu daha o zamanlar bile bir başarıydı.

Ne yazık ki herkes ikna olmadı. Fransız Bilimler Akademisi, içten yanmalı motorun asla buhar motorunun performansına ulaşamayacağı görüşünü savunuyordu. Bugün geriye dönüp bakınca bu tahmin ne kadar ters çıktı, değil mi?

Peki ilk mi? Pyreolophore meselesi

Dürüst olmak gerekirse, "ilk içten yanmalı motor" unvanı hâlâ tartışılıyor. Fransız kardeşler Nicéphore ve Claude Niépce, 1807'de su jeti tepkimesiyle tekne süren Pyreolophore adlı motorlarını geliştirdi ve 20 Temmuz 1807'de patent aldı. De Rivaz'ın patenti ise 30 Ocak 1807 tarihli - yani birkaç ay önce. İki tasarım da farklı yöntemlerle çalıştığı için "hangi biri gerçekten ilk" sorusu, tanıma bağlı olarak değişebilen bir mesele. Ama araçla yol giden ilk motor kesinlikle de Rivaz'ınki.

Samuel Brown ve Shooter's Hill tırmanışı (1826)

İngiliz mühendis Samuel Brown, 1825–1835 arasında kuşkusuz gerçek iş yapan ve mekanik açıdan başarılı olan ilk gaz motorunu geliştirdi. Zirve anı ise 27 Mayıs 1826: Brown, motorunu bir araca bağlayarak Londra'nın güneydoğusundaki Shooter's Hill'i tırmandı. Yokuş, motorlu araç için en acımasız sınavdır; bu tırmanış çok sayıda seyircinin memnuniyetiyle sonuçlandı.

Motorun künyesi de etkileyici: 4 hp güç, 2 silindir, atmosferik gazlı çalışma ve 89 litre hacim. Evet, 89 litre - bugünkü motorlarımızın hacminden bahsetmiyoruz bile. Bir not düşelim: Brown'ın bu araç testiyle öne çıkmasına rağmen, gaz-vakum motorunun daha sonraki bir projede hidrojen yerine kömür gazıyla çalıştırıldığı ve pompalama amacıyla kullanıldığı biliniyor. Ayrıca Brown'ın, eski bir Newcomen buhar motorunu gaz yakacak biçimde uyarladığı söylenir - yani hidrojenli öncüler ile buhar çağı arasındaki bağ da burada görülüyor.

Lenoir'ın Hippomobile'i: Paris'te hidrojenle gezmek

Sıra belki de hikâyenin en karakterli figürüne geliyor: Belçika doğumlu mühendis Jean-Joseph-Étienne Lenoir. 1860'da Paris'teki Conservatoire National des Arts et Métiers'den gaz yanmasıyla genişleyen hava motoru için patent aldı. 1863'te ise üç tekerlekli Hippomobile'i yaptı - adını at arabasından alan bu araç kendi içten yanmalı motorunu taşıyordu.

Ve işte yeniden hidrojen: Hippomobile, suyu elektrolizle ayırarak üretilen hidrojenle çalışan tek silindirli bir motora sahipti. Motor doğal çevrimlerle çalışıyordu. Yani Lenoir, kendi suyunu elektriğe bölüp yakıtını kendisi üretiyordu. Bugün yeşil hidrojen diye anılan fikir, 1863'te Paris sokaklarında zaten yuvarlanıyordu.

Eylül 1863'te Lenoir, Rue de la Roquette'teki atölyesinden yaklaşık 10 kilometrelik bir yolculuk gerçekleştirdi. Daha sonra Paris'ten Joinville-le-Pont'a gidiş-dönüş 11 km yol gitti; her yön yaklaşık 90 dakika sürdü ve en yüksek hız ~9 km/h civarındaydı. Başka bir hesap, mesafeyi 11 mil ve süreyi 3 saat olarak verir; fark muhtemelen rota ve ölçüm farklılıklarından kaynaklanıyor ama sonuç değişmiyor: araç, ortalama yürüyüş hızından yavaştı. Yine de tekerlekler dönüyordu ve motor bunu kendi yakıtıyla yapıyordu. Lenoir yıllar sonra, motorunu bir çiftlik arabasını Joinville-le-Pont arasında birçok sefer çalıştırmak için kullandığını anlattı. Ayrıca motorunu kömür gazı gibi çeşitli gazlara uyarladı ve yaklaşık 350–400 adet Lenoir gaz motoru üretildi, satıldı - yani ilk kez gerçek bir ticari başarı da söz konusu.

Öncüler yan yana: kim, ne zaman, neyle?

Karl Benz hidrojen mirasının üzerine nasıl geldi?

Peki hidrojen 80 yıl yol aldıktan sonra benzin nasıl kral oldu? Cevap birkaç parçadan oluşuyor. Önce zemin hazırlanmalı: 1876'da Nikola Otto, buhar motorlarının sınırlılıklarından ilham alarak ilk başarılı dört çevrimli içten yanmalı motoru geliştirdi. Lenoir'ın 1858–1860 arasında icat edip 1860'da patentlediği, çift etkili ve elektrikli kıvılcım ateşlemeli motoru da bu zincirin kritik bir halkasıydı.

Benz, motorlarındaki ticari başarı sayesinde benzinle çalışan hafif bir araba hayaline daha fazla zaman ayırabildi. Sonuç: 29 Ocak 1886'da Mannheim'da üç tekerlekli Benz Patent-Motorwagen için patent - dosyada adı gaz motoruyla çalışan araç olarak geçiyor. Hem Benz hem Gottlieb Daimler'in son derece başarılı ve pratik benzinli araçlar üretmesiyle modern otomobil çağı başladı; bu yüzden Benz genellikle otomobilin mucidi kabul edilir.

Ama şunu unutmayalım: Mercedes-Benz'in kendi tarih sayfası bile de Rivaz, Lenoir ve Avusturyalı Siegfried Marcus gibi öncüleri ayrıca sayıyor ve bazılarının yalnızca kâğıt üzerinde kaldığını, bazılarının insan taşıyamayan küçük araçlar olduğunu belirtiyor. Benz'in üstünlüğü, hidrojenli tasarımların pratik olmamasından ve Otto çevrimli benzinli araçların ticarî alana hakim olmasından geliyordu. Bir diğer teknik sebep: erken motorların çoğu, tıpkı buhar motoru gibi atmosferik prensiple çalışıyordu - yani patlama doğrudan itiş üretmiyor, vakum yaratıp pistonu aşağı çekiyordu. Benz'in getirdiği düzen daha verimliydi.

Benzinin taç giymesi de bir gecede olmadı. Benzin ancak 1892'de otomobilin icadıyla değerli bir yakıt olarak görülmeye başlandı. 1900–1910 arasında püskürtmeli karbüratörün icadı, rafine edilmemiş benzinin araçlarda kullanılmasının önünü açtı. Ve 1920'ye gelindiğinde yollarda 9 milyon benzinli araç vardı. Hidrojenin 80 yıllık avantajı, benzine kaptırılmıştı.

Hidrojen bugün geri mi döndü?

İşin güzel yanı şu: hikâye kapanmadı. Hidrojenli içten yanmalı motor bugün hâlâ geliştiriliyor ve çok sayıda kaynak, bu motorun icadındaki itibarın de Rivaz'a ait olduğu konusunda hemfikir. İngiliz inşaat ekipmanı devi JCB, hidrojenle çalışan tam işlevsel bir yanlı motor geliştiren ilk inşaat ekipmanı şirketi olduğunu söylüyor ve bunun için 150 mühendisle 100 milyon sterlinlik bir projede 50.000 saatten fazla test yaptığını açıklıyor.

Yakıt pilleri tarafında da hareket var. Modern hidrojenli araç pazarı 2025 itibarıyla 8,31 milyar dolar değerinde ve önümüzdeki beş yıl için yıllık ~%20 büyüme öngörülüyor. Toyota Mirai, Hyundai Nexo ve Honda FCX Clarity gibi modeller seçili pazarlarda satıldı; yakıt pili maliyetleri de 2002'den bu yana %80 düştü. Yani de Rivaz'ın 1806'daki fikri, iki yüzyıl sonra yeniden masada - bu kez çok daha ciddi bütçelerle.

Benzinli motorun kökü hidrojene dayanıyor: son söz

Sıradaki otomobil sohbetinde biri otomobilin benzinle doğduğunu söylerse artık elinde bir kart daha var: otomobilin motoru hidrojenle doğdu, benzine ise ancak onlarca yıl sonra taşındı. De Rivaz'ın topçu deneyiminden doğan o düğmeli, balonluk, ağır pistona cılız ama gerçek bir fikirdi; Brown onu yokuş yukarı tırmandırdı, Lenoir Paris sokaklarında gezdirdi, Benz ise onu benzinle endüstriye çevirdi. Tarih bazen tur atıyor - ve bu tur, belki de en başladığı yerde bitiyor. Sence hangisi ilginç: hidrojenle başlayan bir hikâyenin benzine sapması mı, yoksa yeniden hidrojene dönmesi mi?

Kaynaklar

• De Rivaz engine
• Forerunners to the automobile
• Samuel Brown (engineer)
• First Auto - The Engines of Our Ingenuity
• Hippomobile
• Benz Patent Motor Car (1885–1886)
• History of gasoline - U.S. EIA
• Has anyone made a hydrogen engine?
• The Past, Present and Future of Hydrogen Vehicles