L’attuale sistema di propulsione adottato in Formula 1 è il più complesso mai realizzato: si tratta di un sistema ibrido, con un motore a benzina ed un’alimentazione supplementare sotto forma di energia elettrica, proveniente da quello che è noto come sistema di recupero di energia o “ERS”. Tale architettura è stata ormai introdotta dal 2014: distintamente, dopo una decade di sviluppi, si stanno ora delineando i piani per la prossima generazione di propulsori.
Inoltre, la Commission F1 ha approvato all’unanimità il congelamento dei motori a partire dal 1o marzo 2022 per quattro anni. Il termine “congelamento” indica un divieto per i Team di sviluppare le componenti in oggetto. Quindi, in pratica, nel caso della Power Unit, i motoristi non potranno apportare ai propri propulsori modifiche volte all’aumento di potenza e quindi al miglioramento delle prestazioni, prima che una nuova versione incentrata sui combustibili sostenibili venga introdotta nel 2026.
Ma quanta potenza produce un propulsore di F1? Il tutto, benzina ed elettrico, eroga circa 1000 CV: il motore a benzina gira a 15000 giri. Tutto ciò si tramuta in un’accelerazione da 0 a 100 km/h in circa 2,6 secondi per una velocità massima che può raggiungere la rovente cifra di 370 km/h. Specificatamente, il record più alto per una vettura F1 è stato di circa 390 km/h stabilito sulle saline di Bonneville, dalla Bar Honda guidata da Alan van der Merwe, pilota ufficiale della F1 medical car.
Concretamente, che tipo di motore a benzina utilizza il sistema di propulsione di una monoposto F1? Attualmente, il motore è un V6 turbo da 1,6 litri a quattro tempi: è progettato rispettando rigorose limitazioni di dimensioni e materiali con i cilindri disposti in una configurazione a “V” con angolo di 90 gradi, e due valvole di aspirazione e scarico per cilindro. Il sistema turbo utilizza poi un compressore per caricare a pressione il motore. Quest’ultimo è azionato dal flusso d’aria proveniente dallo scarico della monoposto tramite una turbina collegata al sistema di uscita. Il flusso massico di carburante (ovvero la quantità di benzina immessa nelle camere di combustione) è limitato a un massimo di 100 kg/h: questo rende la suddetta “power unit” più efficiente e limita la quantità di energia prodotta.
Ora, con quale carburante funziona il motore? Si basa su un normale carburante senza composti specifici per l’aumento della potenza e il 10% di esso deve essere etanolo sostenibile avanzato (E10). Le vetture possono utilizzare un massimo di 110 litri di carburante in una gara: ovvero un terzo in meno rispetto ai più assetati V8 utilizzati in passato.
Concentriamoci, adesso, sull’impianto elettrico connesso al motore termico appena descritto. In particolare, cosa fa il sistema di recupero energetico? L’“ERS” (i.e. Energy Recovery System) recupera l’energia sia dallo scarico che dai freni e la converte in elettricità, la immagazzina in una batteria e poi la utilizza per prestazioni extra. L’ERS in Formula Uno è composto essenzialmente da quattro parti: due motori elettrici, che sono MGU-K e MGU-H, da un’unità di controllo e dal sistema di batterie. Analizzeremo, da un punto di vista tecnico, le prime due componenti.
Il motogeneratore cinetico (i.e. MGU-K – Motor Generator Unit-Kinetic) è un motore elettrico collegato direttamente all’albero motore. Viene utilizzato come generatore per rallentare l’auto con il freno motore e trasformare l’energia cinetica in elettricità per caricare la batteria. Come motore, utilizza l’elettricità per azionare le ruote per un’accelerazione extra, ma può essere utilizzato solo per circa 33 secondi al giro.
Abbiamo poi il motore generatore di calore (i.e. MGU-H – Motor Generator Unit-Heat), un’unità ancora più complicata utilizzata in combinazione con il turbo. Come generatore, fornisce una resistenza che rallenta la rotazione del turbo, aiutando a evitare che quest’ultimo crei troppa spinta ad alta potenza, e trasforma l’energia cinetica in elettricità immagazzinata nella batteria. Come motore, viene utilizzato per mantenere il turbo in rotazione quando il pilota non è sull’acceleratore, riducendo il fenomeno del ‘turbolag’ e uniformando l’erogazione di potenza.
E le prospettive future? La prossima generazione di auto e propulsori F1 per il 2026 manterrà le prestazioni in pista pur essendo più
sostenibile che mai, utilizzando una quantità significativamente inferiore di energia e producendo emissioni nette di CO2 pari a zero.
Le nuove unità di potenza funzioneranno attraverso combustibili completamente sostenibili, il che significa che non verrà bruciato nuovo carbonio fossile. Per converso, il carbonio proverrà da fonti biologiche non alimentari, veri e propri rifiuti urbani o addirittura estratto direttamente dall’atmosfera. Fondamentalmente, la F1 sta passando dal controllo del flusso di carburante attraverso una portata di massa massima ad una portata massima di energia.
La combinazione tra modifica dell’auto e aumento della potenza elettrica porterà a una notevole riduzione della quantità di carburante necessaria per una gara. La macchina elettrica sarà altamente evoluta, con una MGU-K che fornirà fino a tre volte la generazione ibrida effettiva (350 kW).
Infine, una maggiore dipendenza dall’energia elettrica porterà con sé tutte le controversie sul ruolo dell’elettrico e la sua responsabilità ambientale. A tal proposito, saranno rese obbligatorie opzioni di riciclaggio per le batterie e sarà richiesto il riciclo di elementi come il cobalto proveniente dalle unità elettriche al termine della loro vita.
In conclusione, la F1 è l’apice degli sport motoristici con l’applicazione fantasiosa e responsabile della migliore tecnologia del mondo, alimenta ed alimenterà il futuro in modo altrettanto veloce ed emozionante ma più sostenibile, più responsabile e con più rilevanza per il mondo moderno che mai.
