La prima automobile non era a benzina, funzionava a idrogeno

Se pensate che il primo carburante dell'automobile sia stata la benzina, in realtà vi state sbagliando: il primo motore a combustione interna della storia 1806 funzionava con una miscela di idrogeno e ossigeno. Quindi il pioniere dell'automobile a benzina era proprio la tecnologia che oggi esibiamo chiamandola auto a idrogeno. Questa storia, che va dall'inventore svizzero François Isaac de Rivaz a Samuel Brown, da Étienne Lenoir a Karl Benz, è uno dei capitoli meno conosciuti ma piú ricchi di sorprese della storia dell'automobile.

Quando e con cosa funzionò per la prima volta il motore a combustione interna?

La risposta è chiara: 1806 e con una miscela di idrogeno e ossigeno. In quell'anno François Isaac de Rivaz, ufficiale d'artiglieria svizzero nato a Parigi, cominciò a sperimentare un motore che spingeva il pistone accendendo una miscela di carburante esplosiva all'interno del cilindro. Era esattamente questo il nucleo del principio di funzionamento dei motori che usiamo oggi - brucia il carburante nel cilindro, spingi il pistone. Inoltre, il motore di de Rivaz aveva persino l'accensione con la candela, quindi le due caratteristiche fondamentali del moderno motore a benzina erano giá pronte in questo primo progetto.

Da dove venne l'idea? Dal militare. Come ufficiale d'artiglieria era molto pratico con gli esplosivi e questa esperienza lo spinse verso una domanda strana ma geniale: invece del vapore, non si potrebbe spingere il pistone direttamente con un'esplosione? 1804 cominciò gli esperimenti di esplosione all'interno del cilindro e in breve tempo realizzò un motore funzionante.

Come funzionava l'auto a idrogeno di de Rivaz?

Ecco che qui le cose diventano davvero divertenti. Il motore funzionava con una miscela di idrogeno e ossigeno accesa nel cilindro. L'idrogeno compresso era conservato in un pallone, mentre l'ossigeno era fornito da una presa d'aria separata. L'accensione? Premendo un pulsante dall'esterno si generava una scintilla elettrica - con la pila di Volta. Quindi il guidatore attivava ogni colpo di potenza con la propria mano. Il motore non aveva un meccanismo di distribuzione; sia l'ingresso del carburante che l'accensione erano completamente manuali. Ora pensate: guidare un'auto premendo un pulsante per ogni colpo di pistone. Palestra + autista in uno, ma tecnicamente un vero motore a combustione interna.

Anche la trasmissione del potere era completamente diversa. L'esplosione spingeva il pistone verso l'alto nel cilindro verticale, poi, mentre il pesante pistone scendeva per il proprio peso, attraverso un sistema di aggancio, con un dispositivo di puleggia-cerchio e cinghia, faceva girare le ruote anteriori dell'auto. Sembra strano, ma funzionava.

Il 30 gennaio 1807 a Parigi fu ottenuto il brevetto numero 731 ; anche l'ufficio brevetti del Canton Vallese in Svizzera lo confermò. Lo stesso anno de Rivaz montò il suo motore sperimentale su un veicolo e riuscì a percorrere una breve distanza - il primo veicolo a muoversi su strada con un motore a combustione interna era ufficialmente in giro.

Il gigante del 1813: il grand char mécanique

De Rivaz non si fermò e nel 1813'te realizzò un veicolo molto più grande: lungo 6 metri, con ruote dal diametro di 2 metri, per un peso di circa 1 tonnellata . Il cilindro misurava 1,5 metri, la corsa del pistone 97 cm . La miscela di carburante era composta da circa 2 litri di gas di carbone e 10-12 litri d'aria. Ad ogni corsa del pistone il veicolo avanzava di 4-6 metri.

E le prestazioni? Nella città svizzera di Vevey questo veicolo gigante, su una strada con pendenza del ~9%, 300 kg di carico di pietre e legname più quattro persone, avanzò di 26 metri - a 3 km/h . Non diremo veloce, ma era un veicolo che trasportava carichi e avanzava con le proprie forze, e questo era già un successo anche per l'epoca.

Purtroppo non tutti furono convinti. L'Accademia Francese delle Scienze sosteneva che il motore a combustione interna non avrebbe mai raggiunto le prestazioni del motore a vapore. Guardando indietro oggi, quanto si è rivelato sbagliato questo pronostico, vero?

E il primato? La questione Pyreolophore

A dire il vero, il titolo di "primo motore a combustione interna" è ancora dibattuto. I fratelli francesi Nicéphore e Claude Niépce, nel 1807, svilupparono il loro motore chiamato Pyreolophore, che muoveva una barca tramite la reazione di un getto d'acqua, e il 20 luglio 1807 ottennero il brevetto. Il brevetto di de Rivaz invece era datato 30 gennaio 1807 - quindi qualche mese prima. Poiché i due progetti funzionavano con metodi diversi, la domanda "quale dei due sia davvero il primo" è una questione che può variare a seconda della definizione. Ma il primo motore a percorrere una strada con un veicolo fu senza dubbio quello di de Rivaz.

Samuel Brown e la salita di Shooter's Hill (1826)

L'ingegnere inglese Samuel Brown, tra il 1825 e il 1835 , sviluppò il primo motore a gas che compiva un vero lavoro e che era meccanicamente riuscito. Il momento culminante fu il 27 maggio 1826: Brown collegò il suo motore a un veicolo e salì Shooter's Hill, nel sud-est di Londra. La salita è l'esame più crudele per un veicolo a motore; questa scalata si concluse con la soddisfazione di numerosi spettatori.

Anche i dati tecnici del motore erano impressionanti: 4 hp di potenza, 2 cilindri, funzionamento a gas atmosferico e 89 litri di cilindrata. Sì, 89 litri - senza nemmeno parlare della cilindrata dei nostri motori attuali. Una nota: sebbene Brown si distinse per questo test su veicolo, è noto che il motore gas-vuoto venne successivamente alimentato con gas di carbone invece che con idrogeno in un altro progetto, e utilizzato per scopi di pompaggio. Inoltre si dice che Brown abbia adattato un vecchio motore a vapore di Newcomen per bruciare gas - quindi anche il legame tra i pionieri dell'idrogeno e l'era del vapore si vede qui.

L'Hippomobile di Lenoir: girovagare a Parigi con l'idrogeno

Ora tocca forse alla figura più caratteristica della storia: l'ingegnere di origine belga Jean-Joseph-Étienne Lenoir. Nel 1860 ottenne a Parigi, dal Conservatoire National des Arts et Métiers, il brevetto per un motore ad aria che si espandeva mediante la combustione del gas. Nel 1863 invece realizzò il Hippomobile a tre ruote - questo veicolo, il cui nome deriva dalla carrozza a cavalli, trasportava il proprio motore a combustione interna.

Ed ecco di nuovo l'idrogeno: l'Hippomobile era dotato di un motore a un cilindro alimentato a idrogeno prodotto separando l'acqua tramite elettrolisi. Il motore funzionava con cicli naturali. Cioè Lenoir scindendo la propria acqua in elettricità produceva da sé il carburante. L'idea oggi nota come idrogeno verde rotolava già per le strade di Parigi nel 1863.

Nel settembre 1863 Lenoir effettuò un viaggio di circa 10 chilometri partendo dal suo laboratorio in Rue de la Roquette. In seguito effettuò un viaggio di andata e ritorno da Parigi a Joinville-le-Pont di 11 km percorrendo una strada; ogni direzione durò circa 90 minuti e la velocità massima era di circa ~9 km/h circa. Un altro calo indica la distanza in 11 miglia e il tempo in 3 ore; la differenza probabilmente deriva da differenze di percorso e misurazione, ma la conclusione non cambia: il veicolo era più lento della velocità media di camminata. Eppure le ruote giravano e il motore lo faceva con il proprio carburante. Lenoir raccontò anni dopo di aver usato il suo motore per far funzionare più volte un carretto agricolo fino a Joinville-le-Pont. Inoltre adattò il suo motore a vari gas come il gas di carbone e vennero prodotti e venduti circa 350–400 motori a gas Lenoir - cioè per la prima volta si trattò anche di un vero successo commerciale.

I pionieri fianco a fianco: chi, quando, con cosa?

Come Karl Benz è subentrato all'eredità dell'idrogeno?

Ma dopo 80 anni di percorso dell'idrogeno, come è diventato re la benzina? La risposta è composta da diversi elementi. Prima bisogna preparare il terreno: Nel 1876 Nikola Otto, ispirandosi ai limiti dei motori a vapore, sviluppò il primo motore a combustione interna a quattro tempi di successo. Anche il motore a doppio effetto con accensione a scintilla elettrica che Lenoir inventò tra il 1858–1860 e brevettò nel 1860 era un anello critico di questa catena.

Grazie al successo commerciale dei suoi motori, Benz poté dedicare più tempo al sogno di una vettura leggera a benzina. Risultato: il 29 gennaio 1886 a Mannheim fu depositato il brevetto per il tre ruote Benz Patent-Motorwagen nei documenti figura come veicolo funzionante a motore a gas. Con la produzione di automobili a benzina estremamente efficaci e pratiche sia da parte di Benz sia di Gottlieb Daimler ebbe inizio l'era dell'automobile moderna; per questo Benz è generalmente considerato l'inventore dell'automobile.

Ma ricordiamo però: la stessa pagina di storia di Mercedes-Benz cita anche i pionieri come Rivaz, Lenoir e l'austriaco Siegfried Marcus, precisando che alcuni di loro rimasero solo sulla carta e che altri erano piccoli veicoli che non potevano trasportare persone. La superiorità di Benz derivava dal fatto che i progetti a idrogeno non erano pratici e che i veicoli a benzina con ciclo Otto dominavano il campo commerciale. Un altro motivo tecnico: la maggior parte dei primi motori funzionava secondo il principio atmosferico, proprio come il motore a vapore - cioè l'esplosione non produceva direttamente la spinta, ma creava un vuoto che tirava giù il pistone. L'assetto introdotto da Benz era più efficiente.

Anche l'incoronazione della benzina non avvenne da un giorno all'altro. La benzina iniziò a essere considerata un combustibile prezioso solo nel 1892, con l'invenzione dell'automobile. Tra il 1900 e il 1910 l'invenzione del carburatore a spruzzo aprì la strada all'uso della benzina non raffinata nei veicoli. E nel 1920 c'erano sulle strade 9 milioni di veicoli a benzina. L'vantaggio di 80 anni dell'idrogeno era stato perso in favore della benzina.

L'idrogeno sta tornando oggi?

La parte bella è questa: la storia non è chiusa. Il motore a combustione interna a idrogeno è ancora sviluppato oggi e numerose fonti concordano sul fatto che il merito della sua invenzione spetta a de Rivaz. Il gigante britannico delle attrezzature da costruzione JCB afferma di essere la prima azienda di attrezzature da costruzione a sviluppare un motore a combustione completamente funzionale alimentato a idrogeno, e dichiara di aver effettuato con 150 ingegneri in un progetto da 100 milioni di sterline in un progetto più di 50.000 ore di test.

Anche sul fronte delle celle a combustibile c'è movimento. Il mercato moderno dei veicoli a idrogeno vale nel 2025 a partire dal 8,31 miliardi di dollari ed è prevista una crescita annua di circa il 20% per i prossimi cinque anni. Modelli come Toyota Mirai, Hyundai Nexo e Honda FCX Clarity sono stati venduti in mercati selezionati; anche i costi delle celle a combustibile sono scesi dell'80% dal 2002. Quindi l'idea di de Rivaz del 1806 è tornata sul tavolo due secoli dopo - questa volta con budget molto più seri.

Le radici del motore a benzina affondano nell'idrogeno: l'ultima parola

Alla prossima chiacchierata in macchina, se qualcuno dice che l'automobile è nata con la benzina, ora avete un'altra carta in mano: il motore dell'automobile è nato con l'idrogeno, e alla benzina è arrivato solo decenni dopo. Quel motore a manovella, con pallone aerostatico e pesante pistone nato dall'esperimento d'artiglieria di De Rivaz era un'idea debole ma reale; Brown lo fece salire in salita, Lenoir lo portò in giro per le strade di Parigi, e Benz lo trasformò in un'industria con la benzina. A volte la storia fa un giro di pista - e questo giro finisce, forse, proprio nel punto in cui era iniziato. Secondo voi quale delle due cose è più interessante: che una storia iniziata con l'idrogeno sia deviata verso la benzina, o che vi torni di nuovo?

Fonti

• Motore di De Rivaz
• Precursori dell'automobile
• Samuel Brown (ingegnere)
• La prima automobile - The Engines of Our Ingenuity
• Hippomobile
• Benz Patent Motor Car (1885-1886)
• Storia della benzina - U.S. EIA
• Qualcuno ha mai realizzato un motore a idrogeno?
• Il passato, il presente e il futuro dei veicoli a idrogeno