Waterstof in de Formule 1?

Waterstof in de Formule 1?

1 juli 2021 0 Door Team Forze

Hoe zien Formule 1-motoren in de toekomst eruit? De FIA is op zoek naar een manier om de uitstoot in de autosport fors te verlagen. President Jean Todt heeft zich laten ontvallen dat er een aankondiging komt omtrent waterstof, maar wat zou deze veelbelovende verandering eigenlijk betekenen voor de sport? H2 Rijders gaat hierover in gesprek met Forze Hydrogen Racing.

Wat verandert er precies?
De voornaamste verandering die waterstof met zich meebrengt is dat de verbrandingsmotor vervangen wordt door fuel cells. De motor zal net als in de Formule E een elektromotor zijn, wat resulteert in sterke acceleraties en een snelle responstijd van de auto. De energiebron is ook anders dan bij de Formule E: de batterij wordt vervangen door waterstoftanks in combinatie met fuel cells.
Hiernaast zal de auto een soort extra ‘batterij’ krijgen, of zoals wij bij Forze gebruiken: supercapacitors. Dit is eigenlijk een soort buffer, dat is nodig omdat de reactietijd van de fuel cell te traag is om adequaat te reageren wanneer de coureur gas geeft. Daarnaast wordt deze capacitor ook gebruikt om energie weer op te vangen die teruggewonnen wordt bij regeneratief remmen. Met deze extra teruggewonnen energie kan de auto een extra 300 tot 350 kW leveren bovenop de 250 kW die uit de fuel cells komt. Deze extra boost kan vol worden ingezet voor 10 seconden, maar kan ook, afhankelijk van de situatie, over een langere tijd worden ingezet. Deze supercapacitor is vergelijkbaar met de ERS (Energy Recovery System) dat de Formule 1 nu gebruikt om de verloren energie op te vangen en is zelfs sterker. De ERS in Formule 1 levert namelijk slechts 120 extra kW.

Wat zijn de uitdagingen?
Er zijn nog maar een paar raceauto’s die op waterstof rijden. De techniek is daarom nog niet zover doorontwikkeld als de benzine-aangedreven Formule 1-auto’s nu zijn. Hierdoor zijn er een aantal uitdagingen waar F1 tegenaan zou lopen, mocht het overstappen naar waterstof.
Een van de uitdagingen van racen op waterstof ligt in de aerodynamica van de auto.
De fuel cell mag maar tot ongeveer 70 tot 80 graden opwarmen. Hierdoor is er veel koeling nodig tijdens het rijden en zal er meer lucht gestuurd worden naar de radiatoren. Dit betekent dus ook dat de vorm van de bolides aangepast wordt om deze luchtstroom te kunnen leveren. Deze aanpassing zal ongetwijfeld subtiel zijn en is daarom alleen voor een getraind oog zichtbaar.

Hiervoor hebben we al even de supercapacitor besproken, die verloren energie weer opslaat en een extra boost kan geven aan de auto. Om optimaal gebruik te kunnen maken van deze extra energie is energiemanagement ontzettend belangrijk om het beste uit je auto te halen. Dit betekent voor onze auto dat we de meeste boost uit de supercapacitor kunnen halen als er eerder en langer geremd wordt in een bocht. Dit voelt heel onlogisch, maar het zorgt ervoor dat de auto’s exit speed veel sneller is en extra hard kan accelereren.

Worden de auto’s sneller?
De versnelling die een auto op waterstof kan halen is vergelijkbaar met die van Formule 1 nu, zoals dat nu ook zo is bij Formule E. Wat de snelheid betreft zijn er op dit moment een paar dingen die het halen daarvan in de weg zitten. Allereerst de extra koeling die nodig is, om de benodigde lucht te kunnen vangen heeft de aerodynamica een grotere weerstand die de auto wat vertraagt. Daarnaast is de auto zwaarder, want hoewel de waterstof lichter is dan benzine, zijn er veel complexe systemen rondom de fuel cell die de auto een extra gewicht geven. Ook zijn de tanks zwaarder door de extreme veiligheidsmaatregelen die komen kijken bij opslag onder de enorme druk van 700 bar.

Hoe verandert het racen?
De energiemanagement zal een grote rol spelen tijdens de race. Dit zorgt ervoor dat er verschillende strategieën mogelijk zijn. Zo kun je aan het begin veel waterstof gebruiken om een voorsprong op te bouwen, of juist sparen voor het einde zodat je op het laatst nog mensen in kan halen. Voor het optimale gebruik van de capacitor boost is het belangrijk om de combinatie van het remmen en de power boost goed te gebruiken. Onze auto bij Forze is heel goed in de exit speed in de bochten door deze combinatie. Door de extra boost na de bocht op het juiste moment te gebruiken kan er een mooie inhaalslag gemaakt worden. Ook zullen de circuits wat anders zijn, want met de schonere motoren mag er ook op meer stratencircuits geracet worden. Bij Formule E racen ze bijvoorbeeld in Rome, New York en London, waar racen met verbrandingsmotoren niet mag vanwege geluid of uitstoot. Daarmee zal niet alleen de manier van racen veranderen, maar heeft de stap naar waterstof ook invloed op de omgeving waarin geracet kan worden.

Kan er nog steeds hetzelfde aantal km worden geracet?
De Forze auto kan momenteel met 8.6 kilo waterstof tot ongeveer een uur competitief racen. Formule 1 zal dit waarschijnlijk nog wat kunnen optimaliseren, maar veel meer is lastig want door het grote volume van de tanks kan er niet veel meer mee. Dit is niet genoeg om een F1 Grand Prix, zoals die nu is, uit te rijden op één tank. Aan de andere kant is tanken met waterstof veiliger dan tanken met benzine, dus misschien zou de FIA deze regulatie opnieuw kunnen overwegen. Aan de andere kant doet de Formule E nu ook kortere races en gebruikt het een ander format om de races spannend te houden, dus de race korter maken is zeker ook een optie.

 

Al staat het racen op waterstof nog in kinderschoenen, er zijn zeker kansen te zien voor Formule 1. De geschiedenis van de sport leert ons namelijk, dat wanneer Formule 1 zijn schouders ergens onder zet, er ontzettend grote stappen gemaakt worden in de techniek. Het zou natuurlijk fantastisch zijn als dat gebeurt met een technologie die zoveel impact kan hebben in de autosport en daarnaast nog veel meer andere gebieden.