Während die Motorenhersteller sich noch über das Antriebskonzept der Zukunft streiten, steht der Marschplan beim Kraftstoff bereits fest. 2022 stellt die Formel 1 auf E10-Benzin um. Ab 2025 sollen nur noch 100 Prozent CO2-neutrale Kraftstoffe zum Einsatz kommen. Um den Mineralöl-Firmen und Autokonzernen zu zeigen dass es möglich ist, hat die FIA in Eigenregie einen Sprit aus biologischen Abfällen produzieren lassen und ihn in je 200 Liter-Fässern an Mercedes, Ferrari, Honda und Renault verteilt.
Die vier Hersteller sollten die aktuellen Motoren mit dem klimaneutralen Treibstoff auf ihren Prüfständen betreiben um zu beobachten, was sich im Vergleich zu den aktuellen Benzinspezifikationen ändert. Die FIA wollte anhand des Feedbacks bis zum Ende des Jahres noch zwei weitere Evolutionsstufen des Testträgers an die Hersteller verschicken.
Der erste Eindruck war nicht überraschend. "Der Kraftstoff hat weniger Energie, was zu einer Leistungseinbuße beim Motor führt", erzählt ein Ingenieur. Die Zahlen schwanken je nach Hersteller zwischen 60 und 80 Kilowatt (80 bis 110 PS) Verlust.
Dazu muss erwähnt werden, dass keine der vier Power Units an die neue Kraftstoffsorte angepasst wurde. Das war Teil des Experiments. Mit Optimierung von Seiten des Motors und des Kraftstoffs ließe sich ein Teil der Einbußen sicher wieder einfangen.
Weniger unkontrollierte Verbrennung
Formel 1-Triebwerke verbrennen effizienter als ein Dieselmotor, aber sie brauchen dafür auch ein Spezialgebräu, das es an keiner Tankstelle zu kaufen gibt. Würde man einen der V6-Turbos mit handelsüblichem Benzin betreiben, würde sich auch da ein signifikanter Leistungsabfall einstellen.
Das Benzin der Zukunft zeigt aber auch ein paar angenehme Eigenschaften, an die sich die Hersteller bei der Umstellung ihrer Triebwerke auf E10-Benzin bereits gewöhnen konnten. Zehn Prozent des Kraftstoffes kommen ab 2022 aus biologischen Abfällen. Dieser Ethanolanteil ändert die Eigenschaften des Kraftstoff.
Dabei gibt es durchaus positive Folgen, wie Ingenieure berichten. So hilft Ethanol beim Vermeiden von Klopfschäden durch unkontrollierte Verbrennung und es garantiert eine bessere Innenkühlung der Zylinder. Außerdem ist der neuartige Kraftstoff sauerstoffreicher, was eine Reduzierung des Ladedrucks bei gleicher Leistungsausbeute erlaubt.
Auf der anderen Seite liefert Ethanol aber ohne Anpassung des Verbrennungsprozesses weniger Energie. Das könnte man durch einen höheren Verbrauch ausgleichen, doch das wäre nicht im Sinne des Reglements. Die Beschränkung auf eine Durchflussmenge von 100 Kilogramm pro Stunde und 110 Kilogramm Gesamtmenge für eine Renndistanz bleiben bestehen.
Problem mit der Oktanzahl
Für die Hersteller geht es in einem ersten Schritt darum, die Vorteile der Ethanol-Beimischung zu nutzen und die Nachteile so weit wie möglich zu beseitigen, um unter bestimmten Umständen das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen. Das wird immer schwieriger, je mehr man den Anteil an klimaneutralem Kraftstoff erhöht. Deshalb kamen die Verantwortlichen auch von dem ursprünglichen Plan ab, mit E20-Sprit zu beginnen. Dann lieber gleich den harten Schnitt auf 100 Prozent für 2025.
Motoren-Guru Mario Illien hat in einem Selbstversuch mit einem Schweizer Startup-Unternehmen die gleichen Erfahrungen gemacht. Bei ihm kam der Kraftstoff im Gegensatz zur FIA komplett aus dem Labor. Bei diesem Herstellungsprozess ist es noch schwierig, die für Hochleistungsmotoren nötige Oktanzahl zu erreichen.
Die Forschung reißt aber auch hier Grenzen ein. "Die erste Charge hatte 91 Oktan, die zweite schon 95", berichtet Illien. Sein Vorschlag für mehr Leistung: "Erhöht das Verdichtungsverhältnis! Mit Ethanol ist das möglich." Augenblick sind in der Formel 1 maximal 18:1 erlaubt.
Mehr Freiheiten beim Design
Ein Motoreningenieur aus der Szene erzählt: "Das was wir bei der Verbrennung dank der neuen Kraftstoffsorten gewinnen, gibt uns mehr Freiheiten in anderen Designparametern beim Motor. Darüber hinaus können wir beim Sprit forschen, wie wir durch eine andere Zusammensetzung der Komponenten mehr Energie rausholen können."
Fällt die Oktanzahl unter 102, müssten die Motoren mit erheblichem Aufwand umkonstruiert werden. "Diese Motoren wurden auf Effizienz getrimmt. Weniger Oktan bedeutet einen Verlust an Effizienz und damit auch weniger Leistung."
Am Ende ist es den Motorentechnikern egal, ob der Kraftstoff aus dem Labor kommt oder auf der Basis von Abfällen gewonnen wird. "Für uns sind nur die Eigenschaften des Benzins interessant. Der Prozess seiner Herstellung macht keinen Unterschied. Rein synthetischer Kraftstoff ist in Bezug auf Rückstände vielleicht noch ein bisschen sauberer, aber das ist minimal."
