Waarom McLaren en Mercedes vroeger toxische stoffen in Formule 1-motoren gebruikten | GPFans Special

Vincent Bruins
Zaterdag 19 augustus 2023 19:29

Het jaar is 1998. Max Verstappen zit nog in de luier en vader Jos komt uit voor Stewart Grand Prix in de Formule 1. Vooraan het veld vechten McLaren met Mika Häkkinen en Ferrari met Michael Schumacher om de wereldkampioenschappen in de koningsklasse van de autosport. Er staan slechts zestien Grands Prix in plaats van 24 op de kalender en van de zogeheten Sprint heeft men nog nooit gehoord. En in de Formule 1-bolides liggen niet 1.6-liter V6-turbo hybride power units, maar 3.0-liter atmosferische V10-verbrandingsmotoren. Mercedes produceerde de motoren voor McLaren. Maar waarom deed de Duitse fabrikant dat in grote mate met een toxische stof en waarom doen ze dat nu niet meer?

Ferrari maakte na 1990 een lastige periode door. Podiumresultaten kwamen steeds minder vaak voor en aan overwinningen hoefde de Italiaanse renstal al helemaal niet te denken, terwijl Williams en Benetton domineerden. Vanaf 1994 begon het er al iets rooskleuriger uit te zien met een overwinning voor Gerhard Berger in Duitsland. Tijdens de Grand Prix van Canada in 1995 verdiende Jean Alesi de enige zege uit zijn Formule 1-carrière. Michael Schumacher tekende voor Ferrari en verliet Benetton voor 1996. Het zou een briljante zet zijn, al helemaal toen ook technisch directeur Ross Brawn van het Britse team naar Maranello verhuisde.

Wederopstanding van Ferrari en McLaren

Brawn en Schumacher speelde een cruciale rol in de wederopstanding van Ferrari. Laatstgenoemde kwam ontzettend dichtbij zijn derde wereldtitel in 1997, maar werd door Williams-coureur Jacques Villeneuve verslagen in een controversieel incident tijdens de seizoensfinale op Circuito de Jerez. Vanaf 1998 kreeg Ferrari te maken met een andere grootmacht: McLaren. Het team uit Woking had zelf ook een minder competitieve periode meegemaakt. De Peugeot-motor bleek in 1994 onbetrouwbaar en vanaf 1995, na een overstap naar Mercedes, werden slechts enkele podiums gescoord. David Coulthard en Häkkinen wisten in 1997 eindelijk in totaal drie overwinningen binnen te slepen. Vanaf 1998 bleek McLaren het te kloppen team, mede dankzij de aanstelling van Adrian Newey als technisch directeur, maar ook vanwege een toxisch stofje in de Mercedes FO110-motor.

Langere zuigerslag

Vanaf 1998 waren de Ferrari's bijna gelijk aan de McLarens qua rondetijden. Het viel Brawn op dat de zwart-en-zilverkleurige bolides vooral hun voordeel haalden op de rechte stukken. Hij dacht dat de McLaren een toerental had dat even hoog was als dat van de Ferrari, maar een langere zuigerslag had, en zijn vermoeden klopte. Een langere zuigerslag betekent een grotere afstand die de zuiger aflegt in de cilinder. Een grotere afstand die de zuiger aflegt in de cilinder, betekent een grotere cilinderinhoud en meer vermogen. Maar hoe kan je racen met een grotere cilinderinhoud, als in artikel 5.1 van de technische reglementen staat dat het niet meer dan drie liter mag zijn? Dat is te danken aan de eigenschappen van dat toxische stofje: beryllium.

Beryllium

Beryllium is een donkergrijs, onedel aardalkalimetaal. Het is relatief licht en sterk, en weerstaat corrosie en vermoeiing. Het heeft een hoog smeltpunt, en is dus stabiel bij hoge temperaturen. Het belangrijkste is dat het relatief elastisch is. De spiegel van de James Webb Space Telescope, die sinds juli 2022 foto's maakt in de ruimte en de mogelijkheid van het bestaan van leven in verre sterrenstelsels onderzoekt, is bijvoorbeeld gemaakt van beryllium om inslagen van micrometeorieten te kunnen weerstaan. Mercedes werkte eind jaren 90 samen met Ilmor om een versie van de FO110-krachtbron met beryllium te produceren. Ze smolten beryllium samen met aluminium en dat materiaal werd voor de cilinders gebruikt.

Nadelen van beryllium

Een nadeel van beryllium is de prijs. Dat was ook een van de redenen dat het werd samengesmolten met aluminium. Het project was anders niet rendabel. Pure beryllium kan qua kosten zo oplopen tot duizend euro per kilogram. Vergelijk dat maar met de prijs van aluminium wat ongeveer één euro per kilogram is. Nog een nadeel is het feit dat het gevaarlijk is om met beryllium te werken. Het behoort namelijk tot de groep stoffen die de hoogste kans heeft kankerverwekkend te zijn, volgens de International Agency for Research on Cancer van de World Health Organization. Bij het inademen van dampen of stof van beryllium kan je ook berylliose oplopen, een ontsteking van het longweefsel. Acute berylliumvergiftiging heeft overlijden tot gevolg, als het niet meteen en volledig behandeld wordt. Chronische berylliose kan ook overlijden tot gevolg hebben, mogelijk door hartfalen na blijvende klachten.

Protest van Ferrari

Beryllium is dus giftig wat het gevaarlijk maakt om mee te werken, en het proces om het metaal in een Formule 1-motor te krijgen is technisch gezien ook extreem lastig. De elasticiteit van beryllium bleek echter de sleutel tot het voordeel van de Mercedes-krachtbron in de McLaren. De cilinders konden iets meer uitzetten, wanneer de motor warmliep, waarmee de zuigerslag verlengd werd om zodoende het vermogen omhoog te brengen. Politiek speelt natuurlijk een grote rol in de koningsklasse van de autosport en Ferrari ging uiteindelijk bij de FIA in protest. De Italiaanse renstal beredeneerde dat het te gevaarlijk was om beryllium te gebruiken, maar het hoopte natuurlijk vooral de voorsprong van haar rivaal weg te kunnen nemen. McLaren-teambaas Ron Dennis kon wel aantonen dat wanneer de beryllium-aluminiumlegering eenmaal geproduceerd was en in de motor zat, het niet meer giftig was en dus ook niet schadelijk voor de gezondheid.

Verbod

Op 6 oktober 1999, 25 dagen voordat Häkkinen zijn tweede en laatste wereldtitel bij McLaren zou binnenslepen door Ferrari-coureur Eddie Irvine te verslaan tijdens de Japanse Grand Prix, besloot de FIA om het gebruik van beryllium te verbieden. Omdat de ontwikkeling van de auto's en motoren voor seizoen 2000 al in volle gang was, ging het verbod in vanaf 2001. Dat gaf McLaren en Mercedes, evenals Peugeot dat beryllium in haar motoren gebruikte voor Prost, de tijd om terug te gaan naar pure aluminium of om een andere oplossing te bedenken. Naast veiligheid waren de kosten ook een reden voor het verbieden van beryllium, maar dit werkte echter averechts. Om diezelfde elasticiteit als beryllium te krijgen, gingen sommige teams aluminium vermengen met boorcarbide of siliciumcarbide, maar dit bleek nog duurder.

Ferrari domineert en terugkeer van beryllium

Ferrari was er snel bij om een motor met zo'n extreem harde, maar lichte en elastische keramiek te produceren. De Mercedes-krachtbron had na het verbod op beryllium vanaf 2001 niet meer vermogen dan dat het had voor 1998 en het voordeel dat McLaren had, werd zo weggevaagd. Ook ging de betrouwbaarheid van de Mercedes achteruit. In de 48 Grands Prix van 1998 tot en met 2000 vielen Coulthard en Häkkinen in totaal vier keer uit vanwege motorproblemen, even vaak als in de zestien wedstrijden in alleen maar 2001. Het team uit Woking heeft sinds 1998 geen constructeurstitel meer gewonnen. Ferrari pakte tussen 2000 en 2007 maar liefst twaalf wereldkampioenschappen, zes bij de coureurs en zes bij de constructeurs. Tegenwoordig mag beryllium wel weer gebruikt worden in de power units in de Formule 1, maar in veel kleinere mate dan vroeger. Waar eind 90-er jaren nog zo'n 30% van de legering bestond uit beryllium, mag dat nu nog maar maximaal 0,25% zijn, volgens artikel 5.17.1 van de technische reglementen. In een samensmelting met koper is er een uitzondering. Dan mag maximaal 2,75% beryllium zijn. Voor 2026 wordt dit teruggeschroefd naar 2,20%.