KIST baut kupferfreien Elektromotor mit Kohlenstoffnanoröhren

Kupfer gehört zu den wichtigsten Werkstoffen in Elektromotoren. Umso radikaler wirkt die Frage, ob sich ein Elektromotor auch ganz ohne Kupfer bauen lässt – ein Ansatz, der das Potenzial hätte, eine echte Zäsur einzuleiten.

KIST-Prototyp: Elektromotor ohne Kupfer

Forschende des KIST (Korea Institute of Science and Technology) haben dafür einen Prototyp eines Elektromotors ohne Kupfer entwickelt. Anstelle klassischer Metallspulen kommt ein Kabelbündel zum Einsatz, das aus Kohlenstoffnanoröhren gefertigt wurde.

Diese Technik könnte zentrale Bauteile wie Elektromotoren nicht nur deutlich leichter machen, sondern zugleich die Emissionen reduzieren, die bei der Herstellung von Motoren für Elektroautos entstehen.

Leistungsdaten im Testbetrieb

Um die grundsätzliche Umsetzbarkeit zu belegen, hat das KIST bereits Versuche mit einem kleinen Modellauto durchgeführt, in dem ein Prototyp dieses kupferfreien Elektromotors verbaut war. Dabei erreichte der Motor 3420 rpm bei 3 Volt – ein Wert, der im Vergleich zu den 18 120 rpm eines gleichwertigen Elektromotors mit Kupfer gering wirkt.

Im Test fuhr das Modell 10 Meter in 25s, gespeist von einer 3 V-Batterie. Das klingt zunächst unspektakulär, entspricht aber dem Kernziel des Projekts: zu zeigen, dass es eine funktionsfähige Alternative zu Kupfer gibt – und zwar mit geringerem Gewicht.

Gewicht und Leitfähigkeit: Nanoröhren-Kabel vs. Kupfer

Einer der größten Pluspunkte ist der Gewichtsvorteil. Die Dichte von Nanoröhren-Drähten liegt bei etwa 1,7 g/cm³, während Kupfer bei 8,9 g/cm³ liegt. Trotz der niedrigeren absoluten elektrischen Leitfähigkeit – 7,7 Millionen S/m (Siemens pro Meter) gegenüber ~59 Millionen S/m bei Kupfer – fällt die spezifische Geschwindigkeit bezogen auf die Masse ungefähr ähnlich aus. Gerade bei Elektroautos, bei denen jedes Gramm zählt, kann das zum entscheidenden Faktor werden.

Warum das alles verändern könnte

Neben der Gewichtsreduktion ist vor allem der Nachhaltigkeitsaspekt ein zentrales Argument. Bei der Herstellung werden weniger Metalle benötigt, und die Nanoröhren-Fasern lassen sich nahezu ohne relevante Eigenschaftsverluste recyceln, was die produktionsbedingten Emissionen senken kann.

Gleichzeitig bleiben wesentliche Hürden: die Fertigung langer, homogener Kabel, die Kontaktwiderstände zwischen den Fasern (Verbindungsstellen zwischen Filamenten verursachen elektrische Verluste und drücken die Gesamteffizienz) sowie die Anpassung an Sicherheits- und Kühlstandards. Und nicht zuletzt sind die Kosten derzeit noch hoch.

Trotzdem ist das Versprechen eindeutig: Fallen die Kosten und bestätigt sich die Zuverlässigkeit, könnte diese Technologie für Elektromotoren ohne Kupfer weit über den Laborstatus hinausgehen – und die Elektromobilität mit einer leichteren, effizienteren und nachhaltigeren Lösung grundlegend verändern. Und sie muss nicht auf das Auto beschränkt bleiben.