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Innovation Neue Technik fürs Zwei-Liter-Auto

Mit einer neuen Einspritztechnik sollen Autos auf 100 Kilometer nur noch zwei Liter Sprit verbrauchen. Die Idee hatte ausgerechnet ein Elektroauto-Pionier.

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Transonic-Chef mit Prototyp: Der 2,3-Liter-Dieselmotor verbrennt Benzin statt Diesel Quelle: Gabor Ekecs für WirtschaftsWoche

Außer billigem Bauland und der Nähe zur 90 Autominuten entfernten Metropole Los Angeles hat Camarillo wenig zu bieten. Es ist eine Stadt wie Hunderte andere an der amerikanischen Westküste – die optimale Kulisse für ein Startup, das lange im Verborgenen an einer Technik forschte, die eines der größten Probleme der Autoindustrie lösen soll. In einem Industriegebiet, am Rand von weitläufigen Gemüsefeldern gelegen, hat das Unternehmen Transonic Combustion eine große Lagerhalle gemietet. Eine schwere Tür führt von einem mit Computern und Schreibtischen vollgestellten Großraumbüro in eine etwa 800 Quadratmeter große Werkstatt. Hier soll die Autoindustrie einen großen Schritt nach vorne marschieren.

Transonic Combustion glaubt, eine Technik entwickelt zu haben, mit der Autos eine Strecke von 100 Kilometern mit weniger als zwei Liter Benzin fahren können. Ohne zusätzliche Elektromotoren, nur mithilfe einer über 100 Jahre alten Technik: dem Dieselmotor, der mit einer neuartigen Einspritzanlage ausgestattet wird. Prominente Investoren sind begeistert von der Idee: Die Rockefeller-Familie und der Silicon-Valley-Technologieguru Vinod Khosla finanzierten das Unternehmen mit mehreren Millionen Dollar. Jetzt testen vier Autohersteller die neue Technik.

Umbruch ist Riesenchance für kleine Autounternehmen

Wie sich die Zeiten geändert haben: Noch vor wenigen Jahren hatten kleine Unternehmen keine Chance in der Autoindustrie. Die Innovationen kamen fast ausschließlich aus den Entwicklungsabteilungen großer Konzerne. Nun steht die Branche vor der größten Krise ihrer Geschichte. Und die Hersteller suchen dringend nach alternativen Antrieben und neuen Ideen, um den Verbrauch ihrer Autos zu senken.

Dieser Umbruch ist eine Riesenchance für Unternehmen wie Transonic. Erstmals lassen die großen Hersteller Technologien prüfen, die außerhalb ihrer Forschungsabteilungen entwickelt wurden. „Es wird gezielt nach neuen Ideen gefahndet“, sagt Brian Ahlborn, Chef von Transonic Combustion. Er muss es wissen: Ahlborn hat lange Jahre Erfahrung in der Antriebstechnik gesammelt. Zuletzt leitete der von der Eliteschmiede Wharton geschulte Betriebswirt die Geschicke des Motorenentwicklers McLaren Performance Technologies.

Die Zahlen belegen den Aufbruch der Kleinen: Risikoinvestoren steckten in den USA vergangenes Jahr 300 Millionen Dollar in junge Automobilfirmen. 2003 waren es gerade einmal acht Millionen Dollar. Die jungen Unternehmen versuchen, existierende Funktionen in Autos zu optimieren oder sie entwickeln Elektro-Sportwagen, die so teuer sind wie ein Einfamilienhaus. Sie alle tragen jedoch dazu bei, die kriselnde Autoindustrie mit ihren Ideen und Techniken voranzubringen.

Ahlborn will die Chance ergreifen. „2,3 Liter Verbrauch auf 100 Kilometer haben wir im Langzeittest bereits geschafft“, sagt er. Vorsichtig fährt er mit den Händen über das hellgraue Sportcoupé, das in der Lagerhalle auf zwei Metallschienen steht und mit Messgeräten verkabelt ist. Genauso groß und schwer wie ein Toyota Prius ist der Wagen. Doch er schluckt bei einer Geschwindigkeit von 80 Kilometern pro Stunde im Schnitt nur rund halb so viel wie Toyotas populärer Hybrid, der mit einem Verbrennungs- und Elektromotor fährt. Der Transonic-Wagen wird dagegen ausschließlich von einem 2,3-Liter-Dieselmotor angetrieben, in dessen Zylinder unter hohem Druck statt Diesel Benzin eingespritzt wird.

In modernen Dieselmotoren beträgt das Verhältnis zwischen komprimierter Luft und Treibstoff etwa 60:1. Transonics Ingenieure haben es in dem Testwagen auf 80:1 erhöht und meinen, 100:1 und sogar 200:1 erreichen zu können. Je höher dieser Druck, desto weniger Kraftstoff wird für den Antrieb des Autos benötigt.

Grafik: Wo die Energie im Verbrennungsmotor verloren geht

Denn Motoren wandeln chemische in mechanische Energie um: Sie lassen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder explodieren, das die Kolben nach unten drückt. Mit dieser Bewegungsenergie werden die Räder angetrieben. Das geschieht am effizientesten, wenn der Kolben punktgenau, kurz nach seiner obersten Position, » getroffen wird. In der Praxis klappt das oft nicht, weil die Explosion länger dauert und die sich ausdehnenden Gase den Kolben weiter verfolgen. Das ist vergleichbar mit einer Schaukel: Wird sie kurz nach dem höchsten Punkt gezielt angestoßen, schwingt sie viel stärker aus, als wenn man zwischendurch Schwung gibt. Je kräftiger und präziser die Explosion im Zylinder, desto effizienter ist der Motor.

Transonic Combustion glaubt, das Problem mit der Explosion gelöst zu haben. Das Unternehmen hat eine Einspritzanlage entwickelt, die den Treibstoff in einer externen Kammer mit Luft mischt. Darin wird das Gemisch in einen sogenannten überkritischen Zustand versetzt, in dem es weder flüssig noch gasförmig ist. Es ist dann besonders explosiv und verbrennt vollständiger als in herkömmlichen Verbrennungsmotoren.

Idee zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren

Eine Software überwacht, auf welcher Position sich der Kolben befindet, und weist die Einspritzanlage an, das Luft-Benzin-Gemisch Millisekunden nach dessen oberster Position in den Zylinder zu pressen. Weil das Gemisch vollständiger verbrennt, wird zudem weniger klimaschädliches Kohlendioxid erzeugt, laut Transonics Messungen zwischen 55,3 bis 58,2 Gramm pro Kilometer. Das ist nur die Hälfte des für die EU für 2012 angepeilten Flottendurchschnittswerts von 120 Gramm pro Kilometer. „Alle reden von Elektroautos“, sagt Ahlborn. „Dabei werden nahezu alle Autos auch auf absehbare Zeit noch mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet sein.“

Entwickelt hat die Technik ausgerechnet ein Elektroautopionier: Mike Cheiky. Der 53-jährige Physiker verantwortete in den Achtzigerjahren die Forschung von Dreisbach Electromotive, einem Unternehmen, das zu der Zeit die schnellsten Elektro-Rennwagen herstellte. Der öffentlichkeitsscheue Cheiky, der über 50 Patente hält und mit seiner Frau Charity sechs Unternehmen gründete, arbeitete Ende der Neunzigerjahre mit dem Batteriespezialisten Zinc Matrix Power an neuen Hochleistungsakkus. Dabei beschäftigte er sich intensiv mit den sogenannten überkritischen Zuständen, die auch für chemische Reaktionen in Batterien wichtig sind.

Dabei kam Cheiky eine Idee: Könnte man nicht mit den besonderen Eigenschaften dieses Zustandes die Effizienz von Verbrennungsmotoren steigern? Die lässt nämlich auch nach Jahrzehnten der Entwicklungsarbeit in Automobilkonzernen zu wünschen übrig: Im Stadtverkehr werden nur etwa 13 Prozent des Benzins zur Fortbewegung genutzt. Über die Hälfte verpufft als ungenutzte Wärme. Cheiky entwickelte eine Software zum Überwachen des Motors, mit der er glaubte, das Ziel erreichen zu können. Jetzt fehlten nur noch Investoren, die den Prototyp finanzierten. Er überzeugte seinen Bekannten Mike Rocke von der Idee, der heute als Strategiechef von Transonic arbeitet.

Den Durchbruch bei den Investoren schafften die Einspritzanlagen-Pioniere mit einem Gutachten des kalifornischen Elite-instituts California Institute of Technology: Erstmals wurde die Machbarkeit ihrer Idee von renommierten Experten bestätigt. Das ermutigte die Wagniskapitalfirma Venrock im Juli 2006, das Risiko zu wagen. Kurz darauf stieg Technologie-Vordenker Vinod Khosla ein, der einst den Computerhersteller Sun Microsystems gründete. Auf einmal konnte sich Transonic vor Anfragen neuer Investoren kaum retten.

Woher auf einmal die Faszination für die neue Einspritzanlage kommt? „Die Batterietechnologie ist noch nicht so weit, um ein Elektroauto zu bauen, das nur wenig teurer ist als ein vergleichbares Auto mit einem Verbrennungsmotor“, sagt Investor Khosla, der heute nach Venrock und der Verlegerfamilie Chandler, den Ex-Eigentümern der „Los Angeles Times“, der größte Aktionär von Transonic ist.

Autohersteller sind interessiert an neuer Technik

Und dieses Aufgebot prominenter Investoren scheint auch die Autohersteller zu beeindrucken. Rund 50 Fahrzeugherstellern wollte das Startup die neue Technik präsentieren. „Gleich die ersten vier auf der Liste sagten zu“, behauptet Rocke. Darunter zwei amerikanische, ein japanischer und ein deutscher Autohersteller. Die Namen kann das Unternehmen nicht verraten.

Denn noch warten die Motoren-Ingenieure der Hersteller ab. „Das große Geheimnis um die Technik, die dahintersteckt, macht uns sehr skeptisch“, sagt der Motoren-Entwickler eines deutschen Autobauers. Aus eigener Erfahrung weiß er, dass beispielsweise die drastische Erhöhung des Einspritzdrucks starke Nebenwirkungen hat: „Wie kriege ich Fehlzündungen in den Griff? Wie verhindere ich, dass der Motor ausgeht? Wie ist die Dauerhaltbarkeit eines solchen Powermotors?“ Es sind Fragen, an denen alle Autobauer intensiv forschen.

Doch Transonic-Chef Ahlborn hat bereits Werkshallen angemietet, in denen jeder der vier interessierten Autohersteller mit Testmotoren arbeiten kann. Er will die neue Einspritzanlage nun in Eigenregie fertigen und sie dann an die Motorenhersteller verkaufen. Große Anpassungen müssen dabei laut Transonic an den Motoren nicht vorgenommen werden. Autos mit Dieselmotor ließen sich sogar nachträglich auf die neue Einspritzanlage umrüsten, was laut Ahlborn jedoch wegen der nachträglichen Einbaukosten wirtschaftlich nur bei Neuwagen sinnvoll ist.

Cheikys Erfindung funktioniert nicht nur mit Diesel. Auch mit normalen Benzinmotoren klappt das Prinzip wie erste Tests ergeben haben. Doch am effizientesten funktioniert es mit Dieselmotoren. Deshalb konzentriert sich Ahlborn zunächst darauf. Wegen der langen Entwicklungszyklen in der Autoindustrie erwartet Ahlborn den Einsatz der Transonic-Einspritzanlage nicht vor 2014.

Doch schon heute melden sich in den Büros in Camarillo öfter Autobesitzer, die eines der sparsamen Autos kaufen wollen. Die muss Ahlborn dann immer vertrösten: „Rufen Sie in ein paar Jahren noch mal an.“

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