Jak paliwo zmieniało się w ciągu dekad?
Do lat 90. XX w. w samochodach używano specjalnych mieszanek na bazie różnych chemikaliów i dodatków. Często zawierały one duże ilości benzenu, alkoholu i benzyny lotniczej. Niektóre paliwa z wczesnych lat były nawet tak mocne, że silnik samochodu musiał zostać zdemontowany i przepłukany konwencjonalną benzyną zaraz po wyścigu, aby zapobiec korozji.
– Gdy przepisy nie ograniczały maksymalnej ilości benzyny [w roku 1987 wprowadzono dla jednostek doładowanych limit wynoszący 195 litrów – przyp. red.], używaliśmy paliw będących mieszaniną toluenu, ksylenu i benzenu – bardzo niebezpiecznych chemikaliów. Ich historia sięga czasów II wojny światowej, kiedy to po raz pierwszy zmieszano je w wysoko doładowanych silnikach ówczesnych samolotów bojowych – wyznał po latach Pat Symonds, inżynier znany z Benettona i Renault.
W 1993 r. twórcy przepisów ogłosili, że wszystkie paliwa muszą być zgodne z unijnymi przepisami BHP. Deklarowanym zamiarem decydentów FIA było to, aby samochody jeździły na paliwie z dystrybutora. Okazało się, że dla chemików i inżynierów jest to szansa na wzrost prędkości. Związki takie jak toluen i benzen zostały zakazane. Tempo rozwoju paliwa nie zwolniło jednak ani trochę. Od tamtej pory koncerny naftowe nieustannie dopracowują receptury swoich paliw, aby zoptymalizować osiągi przy jednoczesnym przestrzeganiu przepisów.
Z biegiem lat wzrosły zasady regulujące skład paliwa. Wynikało to częściowo z chęci firm petrochemicznych, aby uzyskać podobieństwo konwencjonalnego paliwa drogowego do paliwa wykorzystywanego do celów wyścigowych. Celem takiego postępowania było oczywiście osiągnięcie wyższych zysków. Obecnie stawia się na ekologię. Od tego sezonu zmieniła się zawartość jednego ważnego składnika, który ma wpłynąć w dobry sposób na emisję zanieczyszczeń do środowiska.
Czym różni się paliwo drogowe od używanego w Formule 1?
Różnice w dzisiejszych czasach są niezwykle małe. Zasady dotyczące paliw są bardzo surowe i mają na celu objęcie nowej generacji paliw, które już są dostępne na stacjach benzynowych. Na przykład na początku lat 10. XXI wieku zawartość bioskładników w paliwie została zwiększona do 5,75%, przewidując, że przepisy Unii Europejskiej będą wymagać 10% ich obecności w składzie do 2020 roku.
Początkowo biokomponenty ograniczały się jedynie do utleniaczy. Obecnie dozwolone są również węglowodory, jednak pod warunkiem, że dostawca przedstawi dowody na ich wykorzystanie także w paliwach konsumenckich. Firmy petrochemiczne skupiają się na wykorzystaniu biopaliw „drugiej generacji”. Ich produktem wyjściowym są np. odpady rolnicze lub leśne.
Prawie w 100% skład chemiczny paliwa wyścigowego zgadza się z paliwem drogowym. Jest on jednak niezwykle złożony – benzyna składa się z prawie 200 różnych składników. Dokładny proces mieszania może powodować znaczącą różnicę między mocą a zużyciem. Obecnie dostarczaniem benzyny do F1 zajmują się przede wszystkim powszechnie znani na rynku giganci petrochemiczni. Alpine korzysta z paliwa produkowanego przez BP, Red Bull współpracuje z ExxonMobil, Mercedes z Petronasem, a Ferrari z Shellem.
Jakie problemy mogą spotkać producentów?
Chociaż benzyna w Formule 1 nie różni się zbytnio od tego, co wlewamy do baków naszych samochodów, producenci mogą ją „dostrajać” zgodnie z obowiązującymi przepisami. W wielu państwach świata paliwo latem różni się od tego sprzedawanego zimą. Zimowe paliwo jest w rzeczywistości nieco czystsze.
Silniki w bolidach nie zniosłyby tej zmienności, więc paliwa produkuje się w warunkach laboratoryjnych. Ma to zapewnić korzystanie z jednakowej specyfikacji benzyny przez cały sezon. Biorąc pod uwagę, że każdy zespół ma do dyspozycji około 2000 litrów benzyny podczas weekendu wyścigowego, istnieje kilka „gierek” laboratoryjnych.
Dzięki produkcji paliwa możliwe jest dokonywanie drobnych zmian, które odpowiadają zarówno konstrukcji silnika, jak i specyficznym potrzebom całego układu paliwowego. Jednym z największych wyzwań jest przystosowanie benzyny do pracy w wysokich temperaturach. Obecnie nie zezwala się na specjalne chłodzenie paliwa, którego temperatura podczas wyścigu stale rośnie. Pod koniec rywalizacji pozostałe w baku paliwo osiąga często aż 55°C.
W takich temperaturach pojawiają się dwa problemy. Wysokociśnieniowa pompa paliwa tworzy bąbelki w benzynie, a jej lotne składniki mają tendencję do parowania. Może to prowadzić do zmiany składu chemicznego i nielegalności paliwa. Jest to zatem jedno z wyzwań, przed którymi stoją dostawcy paliw.
Jakie są przepisy dot. paliwa w F1?
Każda mieszanka paliwowa musi być zatwierdzona przez specjalną komisję FIA, która skupia się na jej składzie i właściwościach fizycznych. Zanim zespół będzie mógł używać określonej benzyny, jej dostawca musi dostarczyć do FIA dwie próbki do kontroli. FIA analizuje je za pomocą chromatografii gazowej – techniki, która skutecznie ustala skład chemiczny danego paliwa. W różnych momentach weekendu wyścigowego FIA pobiera próbki z samochodów wyścigowych i ponownie sprawdza skład chemiczny przy użyciu tej samej techniki. Chociaż dopuszczalna jest niewielka tolerancja, wynik analizy musi być zasadniczo taki sam jak ten z laboratorium.
Od 2019 roku bolidy F1 mogą zużywać do 110 kilogramów paliwa na wyścig, co stanowi wzrost o pięć kilogramów w porównaniu do 2018 roku. Paliwo wyścigowe waży tyle samo, co konsumenckie, czyli prawie 0,75 kg na litr. Zespoły wyrażają ilość swojego paliwa w kilogramach, ponieważ gęstość paliwa zmienia się wraz z temperaturą. Każde 10 kg paliwa w bolidzie „dodaje” około 0,4 sekundy do czasu okrążenia. Zespoły bardzo starają się więc tankować dokładnie wymaganą ilość. Ponadto, bolidy muszą dojeżdżać do mety wyścigu z minimum kilogramem benzyny w baku. Może to być dość trudne, zwłaszcza w wyścigach odbywających się w zmiennych warunkach. Kierowcy mogą także modyfikować mieszankę na podstawie instrukcji inżyniera, aby zoptymalizować zużycie paliwa.
Od 2014 roku samochody F1 posiadają również przepływomierze paliwa. Czujnik monitoruje przepływ 2200 razy na sekundę. W sezonie 2020 FIA wprowadziła drugi czujnik przepływu paliwa ze względu na spory dotyczące silnika Ferrari. Od tego momentu zaszyfrowane dane gwarantują, że zespoły nie mogą ominąć tego pomiaru.
Jaka przyszłość czeka paliwo w Formule 1?
W ostatnich latach przepisy F1 znacznie posunęły się w kierunku efektywności paliwowej. Dla przykładu silnik Mercedesa z 2020 roku ma sprawność cieplną powyżej 50%. Oznacza to, że do napędzania bolidu wykorzystuje się ponad połowę energii uzyskanej ze spalania paliwa, co stanowi wzrost o około 44% w porównaniu do 2014 roku.
Formuła 1 już teraz wprowadza nowe specyfikacje dla biopaliw. Od sezonu 2022 wszystkie zespoły ze stawki będą korzystać z mieszanki paliwa oznaczonej jako E10. Charakteryzuje się ona większym o 10% wykorzystaniem biokomponentów (etanolu), celem zredukowania emisji szkodliwych substancji do środowiska. Zmiana ta spowoduje również spadek mocy silnika, co stanowi wielkie wyzwanie dla inżynierów. Będą musieli w jakiś sposób odzyskać stracone konie mechaniczne.
W 2025 roku do formuły jeden ma zostać wprowadzona nowa jednostka napędowa. Filozofia silników nie będzie się zbytnio różnić od obecnej. Nadal moc mają zapewniać silniki spalinowy i hybrydowy. Oba systemy będą dzielić korzyść wydajności w stosunku około 50:50 (obecnie jest to 80:20) przy łącznej wartości około 1000 koni. Od 2025 roku do Formuły 1 zawitają także w 100% syntetyczne paliwa. Członkowie Panelu Doradczego ds. Paliw Formuły 1, w skład którego wchodzą również firmy spoza F1, już pracują nad benzyną, która będzie mogła zasilać silniki spalinowe bez konieczności ich modyfikacji.
Od sezonu 2022 wprowadzony zostanie zakaz rozwoju obecnych silników. Powinno to stworzyć przestrzeń nie tylko dla nowych potencjalnych oferentów (w padoku mówi się o zainteresowaniu Volkswagena i Porsche), ale także dla obecnych dostawców, aby skutecznie przygotować się do nowych regulacji. Pierwszy projekt specyfikacji technicznej powinien zostać przedstawiony firmom w połowie tego roku i sfinalizowany do końca przyszłego. Firmy będą mogły rozwijać nowe silniki i paliwa do 2025 roku.