Nächster Meilenstein der E-Mobilität: Forscher arbeiten an leichtgewichtigem und effizientem Motor ohne Metall

Schauen nicht nach viel aus – weit weniger imposant als Verbrenner mit all ihren Kolben. Und doch arbeiten vor allem Elektromotoren im Herzen der Wirtschaft des 21. Jahrhunderts. (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Nichts geht ohne sie: Elektromotoren sind die schlagenden Herzen unserer Wirtschaft. Zunehmend mehr Aufgaben lasten wir ihnen auf: egal, ob in der privaten Mobilität, der Industrie oder der Logistik. Antriebe, die auf Strom setzen, gehören längst zum Alltag – mit trotzdem noch reichlich Luft nach oben.

Doch um möglichst viel zu elektrifizieren, braucht es mit heutiger Technik Unmengen an Metallen, allen voran Kupfer – aber vielleicht nicht mehr lange.

Forscher haben jetzt einen metalllfreien Elektromotor entwickelt. Er gilt als weltweit erster ernsthafter Kandidat für einen massenhaften Einsatz in Autos, Maschinen und Co. Wir stellen ihn und die potenziellen Vorteile der Technik dahinter vor.

1:03:53 Die neue Stromkrise: Energiewende & KI in Deutschland – Mit Robert Habeck und Dr. Stelzer (IFA 2025)

Autoplay

Garn aus Kohlenstoffnanoröhren

Wir verdanken ihnen potenziell umweltfreundliche Bewegung: Spulen aus Metall. Sie spannen im Inneren von Elektromotoren die Magnetfelder auf, die Räder aller Art zum Rollen bringen. Vereinfacht beschrieben, bestehen sie aus etlichen Metern an Draht.

Ein Team aus Forscherinnen und Forschern des Korea Institute of Science and Technology (KIST) hat einen Elektromotor gebaut, dessen Spulen komplett ohne Metall auskommen und der zudem geeignet erscheint, eines Tages die grüne Mobilität mit anzutreiben, sein Name: »Metallfreier Elektromotor aus Kohlenstoffnanoröhren«.

Anstatt Kupfer kommt sogenanntes CNT-Garn zum Einsatz. CNT steht für Carbon Nanotubes, zu Deutsch: Kohlenstoffnanoröhren oder auch -röhrchen. Aus jeweils neun Stück sponnen sie ein Kabel und umhüllten es mit isolierender Acryl-Klebefolie – insgesamt so dick wie eine Kreditkarte. Das Ganze nennt sich CSCEC (Core-Sheath Composite Electric Cable). Diesen Draht wickelten sie wie normalerweise auch Kupfer auf. Und voilà: Sobald Strom floss, legte der Motor los.

Trotz aller Erfolge ist Geduld angesagt. Zum einen handelt es sich vorerst nur um einen Laborprototyp – wenn auch einen beeindruckenden. Mit dem CNT-Motor wurde ein maßstabsgetreues Modellauto angetrieben, das mit rund 1,5 Kilometer pro Stunde über eine Asphaltstrecke fuhr – zum Vergleich: mit Kupferkabeln erreichte dasselbe Auto etwa das Vierfache. Wenig überraschend schlägt Kupfer den Nanoröhrchen-Draht auch bei Leitfähigkeit noch deutlich – beinahe ums Achtfache.

ABER: Wer jetzt am Sinn des Ganzen zweifelt, der schreibt die Technik zu früh ab. Denn der CNT-Draht wiegt pro Volumen deutlich weniger als Kupfer – nämlich nur 1⁄5. Hier finden wir den eigentlichen Clou der Innovation abseits des bloßen Tausches von Metall gegen Kohlenstoff.

In allen Feldern, wo es mitunter auf jedes Gramm an Gewichtseinsparung ankommt, werden die neuen Elektromotoren deshalb wahrscheinlich als erstes Fuß fassen, dazu gehören:

Leichtbau-Elektromotoren für E-Autos
Drohnen
Luft- und Raumfahrt
urbane Flugmobilität (Flugtaxis)

Hitze, Dürren, niedrige Pegel: Die neuen Sommer machen Europas Flüsse zur größten Schwachstelle unserer Energieversorgung

von Gerald Weßel

Forscher stellen neue Batterie vor: Kein Lithium, günstig, leistungsstark, aber allergisch gegen Sauerstoff

von Gerald Weßel

Ein deutsches Experiment hat bewiesen: Betonkugeln sind fantastische Batterien, jetzt versenkt Kalifornien eine 9-Meter-Kugel im Ozean – und plant schon Versionen mit 30 Metern [Best of GameStar]

von Gerald Weßel

Der erste Versuch und gleich der Durchbruch zum Massenmarkt?

Der Motor aus Südkorea ist derweil nicht der erste ohne Metall, aber der erste, bei dem eventuell ein Einsatz auf dem Massenmarkt denkbar ist. Die dahinter stehende Innovation bestärkt auch die Studienautoren in einer wichtigen Überzeugung:

Wir sind überzeugt, dass in der nahen Zukunft elektrisch betriebene Fahr- und Flugzeuge in unseren Städten unterwegs sein werden, aufgebaut aus CSCEC.

Der Kernwert dahinter heißt Leitfähigkeit. Das Garn aus Kohlenstoff muss diese besitzen, um in einer bestimmten Zeitspanne möglichst viel Strom zu leiten – und so Magnetfelder aufzuspannen. Das KIST setzt auf ein Reinigungsverfahren (LAST-Prozess), dass für höhere Leitfähigkeit sorgt.

Die Dokumentation präsentiert einen Leistungssprung von 133 Prozent gegenüber den puren, unbehandelten Kohlenstoff-Garnwindungen. Die Motordrehzahl stieg dadurch sogar um 271 Prozent – von 1.260 auf 3.420 Umdrehungen pro Minute.

LAST steht für »Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing«. Dabei werden die CNTs in Chlorsulfonsäure gelöst, wodurch sie sich im flüssigkristallinen Zustand (eine Zwischenebene von fest und flüssig) einzeln entbündeln und ausrichten. Gleichzeitig wäscht das Verfahren Reste vom Herstellungsprozess der Röhrchen gründlichst von deren Oberfläche, ohne ihre eigentliche Nanostruktur zu beschädigen.

Generell nimmt in der modernen Materialforschung Chemie eine bedeutende Rolle ein – wie auch bei diesem Superholz, das in Nariumhydroxid gekocht wird. Danach übertrifft es selbst viele Metalle an mehreren Fronten. Kombiniert mit KI, die bisher undenkbare Verbindungen von Atomen ersinnt, öffnen sich komplett neue Türen – zum Beispiel zu Wunderbeton, der Kohlenstoffdioxid während seiner Herstellung aufsaugt.

Eine Frage der Masse

Allerdings stellen wir derzeit noch viel zu wenig Kohlenstoffnanoröhren zu entsprechend hohen Marktpreisen her. Die Technik muss weiterentwickelt, in Kreisläufen verankert sowie massiv hochskaliert werden, damit wir mit einer Massenproduktion metallfreier Elektromotoren auch nur liebäugeln dürfen.

Auch wenn es noch eine Weile dauert, bis metalllose Motoren auf breiter Front verfügbar sind, ist der erste Schritt getan – und die Forschung bleibt sicher nicht stehen.