Gemeinsam auf der Suche nach dem Super-Akku

Bis ein neues Automodell reif für die Straße ist, dauert es heute 36 Monate. Doch die Automobilindustrie und Zulieferer beackern auch eine ganze Reihe von Forschungsfeldern, wo in längeren Zeiträumen gedacht wird. In viel längeren. Bisweilen geht es um Projekte, bei denen man einen tatsächlichen Einsatz in Serienfahrzeugen frühestens in 20 Jahren annimmt.

Ein Beispiel: die Lithium-Luft-Batterie, die die Reichweite elektrisch betriebener Autos deutlich erhöhen soll. Dieser Akku könnte "deutlich nach 2030" auf Basis des heutigen Wissens serienreif werden, sagt Peter Gutzmer, Vorstand und oberster Forscher beim Automobilzulieferer Schaeffler. Sauerstoff aus der Luft dient in solchen Batterien als Reaktionsmittel zur Energiebereitstellung. Der Sauerstoff ersetzt eine Elektrode, was Gewicht spart und zudem die Leistungsdichte erheblich erhöhen soll.

Noch ferner in der Zukunft liegen wohl konkrete Ergebnisse für ein anderes Forschungsprojekt. "Wir müssen dazu kommen, dass CO2 für uns nicht mehr ein Schadstoff ist, sondern ein Rohstoff, aus dem Treibstoff erzeugt werden kann", sagt Gutzmer. Weil es von der klimaschädlichen Emission hin zum nutzbaren Rohstoff noch ein weiter Weg ist und unterwegs jede Menge Forschungsarbeit anfällt, hat sich Schaeffler mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammengetan. Dort läuft die Grundlagenforschung, aus der später industrielle Prozesse und im nächsten Schritt dann Produkte werden können.

Neue Getriebe für Hybridautos entwickeln

Dass sich Unternehmen aus der Automobilindustrie mit Universitäten zusammentun, um schneller zu greifbaren Ergebnissen und nebenbei zu fähigen Ingenieuren zu kommen, ist nicht neu. Auch Daimler, BMW, Audi oder BASF kooperieren mit dem KIT. Der Schaeffler-Ansatz geht allerdings weiter als die übliche Förderung eines Lehrstuhls oder eines Projekts. Gemeinsam mit dem KIT rief der Zulieferer schon 2012 Share ins Leben – der englische Begriff fürs Teilen steht hier für Schaeffler Hub for Automotive Research in E-Mobility und benennt eine gemeinsame Forschungseinrichtung auf dem Campus in Karlsruhe.

Dort sollen ab diesem Jahr bis zu 50 Entwickler, Doktoranden und studentische Mitarbeiter unter anderem am Thema E-Mobilität arbeiten. "Es geht uns darum, Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung industriell anwendbar zu machen", sagt Professor Albert Albers, Leiter des Instituts für Produktentwicklung am KIT und deshalb erster Ansprechpartner für Gutzmer.

Neben der schon erwähnten Möglichkeit, aus CO2 Treibstoff herzustellen – wie es laut Gutzmer "die Erde mithilfe von Sonnenenergie und Zeit auf natürliche Weise gemacht hat" – arbeitet man konkret an neuartigen Getrieben für Hybridfahrzeuge. Da geht es beispielsweise darum, neue und leichte Elektromotoren in das Getriebe zu integrieren, und um die Entwicklung der zugehörigen Steuerungselektronik.

Suche nach der Klimaanlage, die nur besetzte Plätze kühlt

Überhaupt ist die Vernetzung der vielen elektrischen und elektronischen Bauteile, wie sie schon heute und in Zukunft noch weit mehr im Fahrzeug eingesetzt werden, eine der größeren Herausforderungen für die Forscher. Getriebe sind "Partner der Elektromobilität", sagt Gutzmer, werden hybridisiert, reibungsärmer und immer weiter vernetzt mit der Steuerelektronik von Motoren, Hybridsystemen und nicht zuletzt auch der Navigation, deren topografische Daten in die Wahl der richtigen Übersetzung einfließen.

Dabei geht es laut Gutzmer "auch um die immer kürzeren Entwicklungsschritte in der Software und die Einbindung neuer Mitspieler". Google, Microsoft oder Apple – um die neuen Mitspieler beim Namen zu nennen – haben andere Entwicklungsprozesse und -geschwindigkeiten als die etablierten Hersteller in der Autoindustrie. "Es ist auch unsere Aufgabe, diese Ansätze mitzudenken bei der Entwicklung neuer Produkte", sagt Professor Albers vom KIT.

Dazu zählt auch, die unterschiedlichen Anforderungen an Mobilität zu berücksichtigen, wie sie die verschiedenen Weltregionen heute und in Zukunft stellen. "Eine elektrische Reichweite von 50 Kilometern ist für einen Plug-in-Hybriden in Shanghai beispielsweise viel weniger entscheidend als in einer normalen europäischen Stadt", sagt Albers. "Entscheidender ist die Frage, wie man eine Stunde lang ein klimatisiertes Auto elektrisch betreibt, das in dieser Zeit in einer Metropole aber nur fünf Kilometer zurücklegt" – elektrische Betriebsdauer statt Reichweite also, und das bei einem voll vernetzten Fahrzeug.

"Wir müssen also außer beim Antrieb auch in vielen anderen Details des Fahrzeuges neu denken", sagt Albers. Am KIT arbeiten die Forscher zum Beispiel an einer Klimatisierung, die ausschließlich die im Elektrofahrzeug jeweils besetzten Plätze kühlt beziehungsweise heizt, um Strom aus der Batterie zu sparen. Und das natürlich möglichst CO2-neutral. Denn bis aus dem klimaschädlichen Gas ein Rohstoff für Kraftstoff im industriellen Maßstab wird, dürften die Amtszeiten der beiden Verantwortlichen bei Share längst um sein.