2021 sezonunun ikinci Avusturya yarış haftası sırasında, mevcut ve potansiyel F1 motor üreticileri bir toplantı yaptılar. Toplantıda, 2025 yılından itibaren Formula 1 yarışlarında kullanılacak motorlar üzerine görüşme yapıldı.
Toplantı sonrasında yapılan açıklamalarda bir konu çok netti: Turbo Hibrit motorlar, 2025 sonrasında da kullanılmaya devam edecek, Hibrit sistemler güçlendirilecek.
Bazı Formula 1 severlerin korkulu rüyası olan tam elektrikli motorların, F1 yarışlarının yakın geleceğinde olmayacağı kesin gibi. Peki ama bunun arkasında hangi bilimsel sebepler yatıyor?
Gelin bu konuyu beraberce, basit bilimsel temeller esasında inceleyelim.
Günümüz F1 araçları yarışa başladıklarında, yakıt tanklarında 110kg benzin bulunuyor. Kullanılan benzin, içerik olarak benzinlikte satılan otomobil yakıtına oldukça benzer. Aralarında sadece %1 kadar fark var.
Benzinin bir kilosu, yaklaşık 12,5 kW/h enerji yoğunluğuna sahip. Yani F1 aracının yakıt tankında 1.375 kWh potansiyel enerji bulunuyor.
F1 motorunun verimliliğinin yaklaşık %50 olduğu düşünülürse, yarış boyunca yaklaşık 690 kWh enerji kullanılıyor. Hibrit enerji geri kazanım sistemlerinden ise tur başına en fazla 1,11 kWh geliyor. Bu da demektir ki yarış mesafesinde 60-70 kWh geri kazanılıyor. Yakıtın kullanılabilir enerjisi ve geri kazanılan enerji toplanırsa, yarış boyunca toplam kullanılan enerji yaklaşık 750 kWh.
Tekrar edelim:
Güncel bir Formula 1 aracını, yaklaşık 300km uzunluktaki bir yarış boyunca ve mevcut süratlerle kullanabilmek için bize yaklaşık 750 kWh enerji lazım.
Yukarıdaki paragraflarda enerji gereksinimimizi tespit ettik. Şimdi tam elektrikli F1 aracımıza geçelim.
Elektrikli araçlarda, ihtiyaç duyulan enerjinin tamamını arabada depolamak gerekmiyor. Kullanmak istediğiniz enerjinin bir kısmı geri kazanılabiliyor. Gelişmiş geri kazanım mühendisliklerinin devreye girdiğini düşünürsek, yarış mesafesi boyunca, sürüklenmesi çok yüksek olan F1 araçlarında %20 geri kazanıma belki ulaşılabilir. Cömert davranalım ve bu geri kazanım oranına ulaşıldığını var sayalım.
Bu da demektir ki ihtiyacımız olan 750 kWh enerjinin 625 kWh’ı araçta depolanmalı. Kalan 125kWh ise geri kazanımdan gelmeli.
Bu aşamada tekrar verimlilik denkleme katılıyor. Standart elektrikli araçlar %77-80 verimliliğe sahip. F1 mühendisliğinin çok gelişmiş olduğunu ve %90 araç verimliliğine ulaştığını düşünelim. Bu yüksek verimlilik şartlarında bile, gereken 625 kWh enerjiyi kullanabilmek için 695 kWh depolamak durumunda kalırız.
Örneğin tam elektrikli bir seri olan Formula E araçlarında 54 kWh batarya bulunuyor. Bu bataryanın ağırlığı ise 385 kg. Doğru orantı üzerinden basit bir hesaplama yaparsak, 695 kWh depolayan bataryanın ağırlığı 4.955 kg olurdu. Neredeyse 5 ton sadece batarya.
Formula E üzerinden orantı kurarak hesaplama bizi yanıltabilir diyerek batarya tiplerinden bir değerlendirme daha yapalım:
Lityum-iyon bataryaların enerji yoğunluğu en fazla 0,26 kWh/kg. 695 kWh enerji depolayabilmek için bize 2.673 kg batarya malzemesi gerekir. Bunun yanında bataryaların karkas ve iskeletleri, soğutma sistemleri, elektronikleri vb. gibi birçok ilave tamamlayıcı parçaya da ihtiyaç var. Tamamlayıcı parçaların ağırlıkları düşürülebilse bile, en iyi ihtimalle 3 ton üzerinde batarya ağırlığı mevzubahis olacaktır.
Lityum-iyon bataryalarla bu işin yapılamayacağını bilimsel olarak anladık. Peki alternatif batarya tiplerinde durum nedir?
Grafen bataryaların enerji yoğunluğu 0,2 kWh/kg seviyelerinde. Yani Lityum-iyon bataryalardan geri durumdalar. Bu sebeple değerlendirmeye almıyorum.
Katı hal bataryalarının enerji yoğunluğu 0,4 kWh/kg seviyesinde. Lityum-iyon bataryalara göre neredeyse iki kat enerji yoğunluğuna sahipler. Lakin bu değer bile, 695 kWh enerji depolayabilmek sadece batarya malzemesinin ağırlığının 1.737 kg civarında olmasını gerektiriyor. Tamamlayıcı parçalar ile beraber, en iyimser tahminle batarya 2 ton üzerinde oluyor.
Yukarıda yaptığımız hesapların tamamını, mevcut ağırlıktaki (746kg) aracın enerji gereksinimlerine göre yapıyoruz aslında. Sadece bataryası en iyimser hali ile 2-3 ton olan bir araç, hızlanmak için orantılı olarak daha fazla enerji gerektirecektir. Yani araca 3 tonluk bir batarya takmak, aracın 300 km’lik yarışı, günümüz hızlarında tamamlayabilmesi için yeterli değil. Ya batarya araca temas etmeden üzerinde uçmak zorundadır veya batarya ağırlığı çok daha yüksek olmalıdır.
Bu yazıda bilimsel olarak ele aldığım enerji depolama sınırlamaları için, oldukça cömert ve elektrik lehine varsayımlar yapmaya özen gösterdim. Bu şartlarda bile tam elektrikli sistemlerdeki sınırlamalar; sizlerin de görebileceği gibi, öylesine büyük ki mevcut yarış formatı ve süratinde tam elektrikli araçlarla yarış yapılabilmesi mümkün gözükmüyor. Elektrikli araçların eğlence unsurundaki kısıtlamalarını ve olumsuz algısını da yazının temelinden geri bırakıyorum.
İleri bir gelecekte insanlık, günümüzün Formula 1 araçlarını elektrikle besleyebilecek bir tür pil tasarlayabilir. Lakin bu olasılık, en azından 2030’a kadar F1 motor üreticileri dahil camiadaki hiç kimseyi ikna edememiş gözüküyor.
Sağlıcakla kalın.
Corç Başgan
Bir Yorum