Pierwszy samochód nie był benzynowy, lecz napędzany wodorem
Udostępnij tę stronę
Jeśli myślisz, że pierwszym paliwem samochodu była benzyna, to się mylisz: pierwszy silnik spalinowy w historii działał w 1806 roku na mieszance wodorowo-tlenowej. A więc prekursorem samochodu benzynowego była dokładnie ta technologia, którą dziś nazywamy samochodem wodorowym. Ta historia, sięgająca od szwajcarskiego wynalazcy François Isaaca de Rivaza przez Samuela Browna i Étienne'a Lenoira aż po Karla Benza, to jedna z najmniej znanych, ale najbardziej zaskakujących kart historii motoryzacji.
Najważniejsze informacje
- Pierwszy silnik spalinowy działał na wodór w 1806 roku; patent został uzyskany 30 stycznia 1807 roku
- Samuel Brown 27 maja 1826 roku wjechał swoim pojazdem z silnikiem gazowym na Shooter's Hill
- Hippomobile Étienne'a Lenoira, napędzane wytwarzanym elektrolizą wodorem, przejechało z Paryża do Joinville-le-Pont (1863)
- Benz Patent-Motorwagen został opatentowany dopiero 29 stycznia 1886 roku - czyli około 80 lat później
Kiedy i czym po raz pierwszy działał silnik spalinowy?
Odpowiedź jest jasna: w 1806 roku i na mieszance wodorowo-tlenowej. W tym roku paryżanin z urodzenia, szwajcarski oficer artylerii François Isaac de Rivaz, zaczął eksperymentować z silnikiem, w którym zapalana w cylindrze wybuchowa mieszanka paliwa wypychała tłok. To było dokładnie jądro zasady działania silników, których używamy dzisiaj - spal paliwo w cylindrze, wypchnij tłok. Co więcej, silnik de Rivaza miał nawet zapłon iskrowy, a więc dwie podstawowe cechy nowoczesnego silnika benzynowego były już gotowe w tym pierwszym projekcie.
Skąd wziął się pomysł? Z wojska. Jako oficer artylerii miał bardzo dużo do czynienia z materiałami wybuchowymi, a to doświadczenie popchnęło go ku dziwnemu, ale genialnemu pytaniu: Czy tłok można wypychać bezpośrednio wybuchem, zamiast pary? W 1804 roku rozpoczął eksperymenty z wybuchami w cylindrze i w krótkim czasie skonstruował działający silnik.
Jak działał wodorowy samochód de Rivaza?
I tutaj robi się naprawdę ciekawie. Silnik działał na mieszance wodorowo-tlenowej zapalanej w cylindrze. Sprężony wodór był przechowywany w balonie, a tlen dostarczany był przez oddany wlot powietrza. Zapłon? Iskra elektryczna była wzbudzana z zewnątrz naciśnięciem przycisku - za pomocą ogniwa Volty. A więc kierowca każdym własnym ruchem ręki wyzwalał każdy such mocy. Silnik nie miał mechanizmu rozrządu; doprowadzanie paliwa i zapłon były całkowicie ręczne. Teraz pomyśl: naciśniesz przycisk i wypychasz tłok raz za razem. Siłownia plus szofer, ale technicznie prawdziwy silnik spalinowy.
Przenoszenie napędu też było zupełnie inne. Wybuch wypychał tłok w górę pionowego cylindra, a potem, gdy ciężki tłok opadał pod własnym ciężarem, system zapadek poprzez koło pasowe-obręcz i linę obracał przednie koła pojazdu. Brzmi dziwnie, ale działało.
30 stycznia 1807 roku w Paryżu uzyskano patent numer 731; potwierdziło to biuro patentowe kantonu Valais w Szwajcarii. W tym samym roku de Rivaz zamontował swój eksperymentalny silnik w pojeździe i zdołał przejechać krótki dystans - pierwszy pojazd poruszający się dzięki silnikowi spalinowemu oficjalnie znajdował się na drogach.
gigant roku 1813: wielki mechaniczny powóz
De Rivaz nie spoczął na laurach i w 1813 roku zbudował znacznie większy pojazd: 6 metrów długości, z kołami o średnicy 2 metrów, ważący około 1 tony. Jego cylinder miał 1,5 metra, a skok tłoka 97 cm. Mieszanina paliwa składała się z około 2 litrów gazu węglowego i 10-12 litrów powietrza. Przy każdym skoku tłoka pojazd przesuwał się o 4-6 metrów.
Wyniki? W szwajcarskim mieście Vevey ten gigantyczny pojazd przewiózł 300 kg kamieni i drewna plus cztery osoby o 26 metrów do przodu pod górę o nachyleniu ~9% - z prędkością 3 km/h. Nie nazwijmy tego szybkością, ale był to pojazd poruszający się o własnych siłach z ładunkiem, co już wówczas uchodziło za osiągnięcie.
Niestety, nie wszyscy byli przekonani. Francuska Akademia Nauk twierdziła, że silnik spalinowy nigdy nie osiągnie wydajności silnika parowego. Dziś, patrząc wstecz, widać jak bardzo ta prognoza się nie sprawdziła, prawda?
A czy to był pierwszy? Kwestia Pyreolophore
Szczerze mówiąc, tytuł "pierwszego silnika spalinowego" wciąż jest przedmiotem dyskusji. Francuscy bracia Nicéphore i Claude Niépce opracowali w 1807 roku swój silnik o nazwie Pyreolophore, napędzający łódź za pomocą reakcji strumienia wody, i 20 lipca 1807 roku otrzymali na niego patent. Patent De Rivaza nosi natomiast datę 30 stycznia 1807 - czyli o kilka miesięcy wcześniejszą. Ponieważ oba projekty działały na różne sposoby, pytanie "który był naprawdę pierwszy" zależy od definicji. Ale pierwszym silnikiem, którym jeździło się pojazdem, był zdecydowanie silnik De Rivaza.
Samuel Brown i podjazd na Shooter's Hill (1826)
Angielski inżynier Samuel Brown opracował w latach 1825-1835 pierwszy silnik gazowy, który bez wątpienia wykonywał realną pracę i był sukcesem mechanicznym. Jego szczytowym momentem był 27 maja 1826 roku: Brown zamontował swój silnik w pojeździe i wjechał nim na Shooter's Hill na południowy wschód od Londynu. Podjazd to najbrutalniejszy egzamin dla pojazdu silnikowego; ten wjazd zakończył się satysfakcją licznych widzów.
Dane silnika również robią wrażenie: moc 4 hp, 2 cylindry, praca atmosferyczna na gaz i pojemność 89 litrów. Aż 89 litrów - mówimy o pojemności większej niż naszych dzisiejszych silników. Dodać trzeba uwagę: Choć Brown zasłynął tym testem pojazdu, wiadomo, że silnik gazowo-próżniowy w późniejszym projekcie był zasilany gazem węglowym zamiast wodoru i wykorzystywany do pompowania. Mówi się też, że Brown rozbudował stary silnik parowy Newcomena tak, by spalał gaz - więź między wodorową przyszłością a epoką pary widać więc i tutaj.
Hippomobile Lenoira: jazda po Paryżu na wodorze
Przyszedł czas na być może najbardziej charakterystyczną postać tej historii: belgijskiego inżyniera Jean-Joseph-Étienne'a Lenoira. W 1860 roku otrzymał w Paryżu patent od Conservatoire National des Arts et Métiers na silnik powietrzny rozprężający się przez spalanie gazu. W 1863 roku zbudował zaś trójkołowy Hippomobile - pojazd nazwany od konnego powozu, napędzany własnym silnikiem spalinowym.
I oto znów wodór: Hippomobile miał jednocylindrowy silnik zasilany wodorem wytwarzanym przez elektrolizę wody. Silnik pracował w naturalnych cyklach. A więc Lenoir rozkładał własną wodę na prąd i sam wytwarzał swoje paliwo. Pomysł nazywany dziś zielonym wodorem krążył już po ulicach Paryża w 1863 roku.
We wrześniu 1863 roku Lenoir odbył z swojej warsztatu przy Rue de la Roquette podróż o długości około 10 kilometrów. Później pokonał trasę tam i z powrotem z Paryża do Joinville-le-Pont, 11 km; każdy kierunek zajął około 90 minut, a maksymalna prędkość wynosiła około ~9 km/h. Inne źródło podaje odległość 11 mil i czas 3 godzin; różnica wynika prawdopodobnie z różnic w trasie i pomiarze, ale wniosek się nie zmienia: pojazd był wolniejszy od średniej prędkości marszu. Mimo to koła się kręciły, a silnik robił to na własnym paliwie. Lenoir opowiadał później, że używał swojego silnika wielokrotnie do napędzania wozu gospodarczego na trasie do Joinville-le-Pont. Przystosował także swój silnik do różnych gazów, takich jak gaz węglowy, i wyprodukowano oraz sprzedano około 350–400 silników gazowych Lenoir - czyli po raz pierwszy był też prawdziwy sukces komercyjny.
Pionierzy obok siebie: kto, kiedy, czym?
| Pionier | Rok | Paliwo | Najważniejsze osiągnięcie |
|---|---|---|---|
| François Isaac de Rivaz | 1806–1807 | Mieszanina wodoru i tlenu | Pierwszy silnik spalinowy, pierwszy patent, pierwsza podróż pojazdem |
| Samuel Brown | 1826 | Gaz | Podjazd na Shooter's Hill |
| Étienne Lenoir | 1863 | Wodór z elektrolizy | Podróż Paryż–Joinville-le-Pont, seryjna produkcja silników |
| Karl Benz | 1885–1886 | Benzyna | Patent, który zapoczątkował erę nowoczesnego samochodu |
Jak Karl Benz nadszedł na dziedzictwo wodoru?
A jak po 80 latach drogi wodoru benzyna została królem? Odpowiedź składa się z kilku części. Najpierw trzeba było przygotować grunt: W 1876 roku Nikola Otto, zainspirowany ograniczeniami silników parowych, opracował pierwszy czterosuwowy silnik spalinowy. Silnik Lenoira, wynaleziony w latach 1858–1860 i opatentowany w 1860 roku, dwustronnego działania z elektrycznym zapłonem iskrowym, był także krytycznym ogniwem tego łańcucha.
Benz, dzięki komercyjnemu sukcesowi swoich silników, mógł poświęcić więcej czasu marzeniu o lekkim samochodzie napędzanym benzyną. Rezultat: W 29 stycznia 1886 roku patent na trójkołowy Benz Patent-Motorwagen w Mannheim - w dokumentach figuruje jako pojazd napędzany silnikiem gazowym. Epoka nowoczesnego samochodu rozpoczęła się, gdy zarówno Benz, jak i Gottlieb Daimler wyprodukowały niezwykle udane i praktyczne pojazdy benzynowe; dlatego Benz jest zazwyczaj uważany za wynalazcę samochodu.
Ale pamiętajmy o tym: Nawet własna strona historyczna Mercedes-Benz wymienia dodatkowo pionierów takich jak Rivaz, Lenoir i Austriak Siegfried Marcus, zaznaczając, że niektóre z tych projektów pozostały jedynie na papierze, a inne były małymi pojazdami niemieszczącymi człowieka. Przewaga Benza wynikała z tego, że konstrukcje wodorowe nie były praktyczne, a pojazdy benzynowe z obiegiem Otto zdominowały rynek komercyjny. Inny powód techniczny: większość wczesnych silników działała, podobnie jak maszyna parowa, na zasadzie atmosferycznej - to znaczy wybuch bezpośrednio nie wytwarzał napędu, lecz tworzył podciśnienie, które ciągnęło tłok w dół. Układ wprowadzony przez Benza był wydajniejszy.
Koronacja benzyny też nie nastąpiła z dnia na dzień. Dopiero w 1892 roku, wraz z wynalazkiem automobilemu, benzyna zaczęła być postrzegana jako wartościowe paliwo. Między 1900 a 1910 rokiem wynalezienie gaźnika rozpyłowego otworzyło drogę do stosowania nierafinowanej benzyny w pojazdach. A gdy nadszedł rok 1920, na drogach było już 9 milionów pojazdów benzynowych. 80-letnia przewaga wodoru została oddana benzynie.
Czy wodór dziś wraca?
Piękna strony tej historii jest taka: historia się nie zakończyła. Wodorowy silnik spalinowy jest dziś nadal rozwijany, a wiele źródeł zgadza się, że zasługa wynalezienia tego silnika należy do de Rivaza. Brytyjski gigant sprzętu budowlanego JCB twierdzi, że jest pierwszą firmą branży sprzętu budowlanego, która opracowała w pełni funkcjonalny silnik spalinowy napędzany wodorem, i wyjaśnia, że w ramach projektu za 100 milionów funtów z 150 inżynierami przeprowadził ponad 50 000 godzin testów.
Ruch jest też po stronie ogniw paliwowych. Współczesny rynek pojazdów wodorowych jest według stanu na 2025 rok wart 8,31 miliarda dolarów, a na najbliższe pięć lat prognozuje się roczny wzrost o około 20%. Modele takie jak Toyota Mirai, Hyundai Nexo i Honda FCX Clarity były sprzedawane na wybranych rynkach; koszty ogniw paliwowych od 2002 roku spadły o 80%. Tak więc pomysł de Rivaza z 1806 roku, dwa wieki później, znów jest na stole - tym razem z znacznie poważniejszymi budżetami.
Korzenie silnika benzynowego sięgają wodoru: ostatnie słowo
Jeśli ktoś w następnej rozmowie o samochodach powie, że samochód urodził się z benzyną, masz teraz w zanadrzu jeszcze jedną kartę: silnik samochodu narodził się z wodorem, a do benzyny przeniesiono go dopiero kilkadziesiąt lat później. Pomysł de Rivaza - guzikowy, balonowy, ciężki i nieporadny - ale prawdziwy; Brown wyniósł go w górę, Lenoir pozwolił mu podróżować, a Benz zamienił go w przemysł dzięki benzynie. Historia czasem robi kółko - i to kółko kończy się może właśnie tam, gdzie się zaczęło. Co twoim zdaniem jest ciekawsze: to, że historia zaczęta od wodoru zboczyła w stronę benzyny, czy to, że wraca do wodoru?