Der Elektromotor kommt ohne Magnete aus, was die Kosten senkt und der Nachhaltigkeit zugutekommt.

Robert Sansone aus Florida ist ein Tüftler. Er hat bereits über 60 Projekte in seiner Freizeit fertiggestellt – obwohl er erst 17 Jahre alt ist.

Nach Laufschuhen und einem Go-Kart, dass über 110 km/h schnell fährt, könnte seine jüngste Erfindung die bisher wichtigste seines Lebens sein. Sie hat das Zeug dazu, die Elektroautoindustrie zu revolutionieren, berichtet das Smithsonian Magazine.

Begonnen hat das Projekt, als Robert ein Video über die Vor- und Nachteile von Elektroautos gesehen hat. Darin wurde gesagt, dass die Elektromotoren Magnete aus Seltenen Erden brauchen. Diese sind nicht nur teuer, sondern die Rohstoffe dazu werden umweltschädigend abgebaut. Und damit hatte er eine Mission: Einen Elektromotor bauen, der ohne Magnete auskommt.

So einen Motor gibt es bereits, den Synchron-Reluktanzmotor. Dieser kommt zwar ohne Magnete und Seltene Erden aus, ist aber zu schwach, um ein Elektroauto zu betrieben. Tesla setzt im Model 3 zwar auf einen Reluktanzmotor, aber wieder mit Dauermagneten, um die nötige Leistung zu erreichen.

Robert begann seinen Motor zu entwickeln, mit Plastikteilen aus dem 3D-Drucker, Kupferdraht und einen Stahlrotor. Nach etlichen Fehlschlägen ist er jetzt bei Prototyp Nummer 15 angelangt.

Üblicherweise nutzen Synchron-Reluktanzmotoren einen Rotor aus einem magnetischen Material, der Aussparungen hat. Der Unterschied zwischen dem magnetischen Material (z.B. Stahl) und dem nichtmagnetischen (Luft), sorgt für die Bewegung, weil das System nach dem minimalen magnetischen Widerstand (Reluktanz) strebt. Das erzeugt aber nicht genug Drehmoment für den Betrieb großer, schwerer Geräte, wie ein Elektroauto.

Robert ersetzt bei seinem Motor deshalb das nichtmagnetische Material (die Luftschlitze) durch ein zweites Magnetfeld. Dadurch lässt sich mehr Drehmoment gewinnen. Weitere Details dazu will er nicht nennen, da er den Motor patentieren möchte.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Elektromotor liefert sein Design 39 Prozent mehr Drehmoment und 31 Prozent mehr Effizienz bei 300 Umdrehungen pro Minute. Bei 750 Umdrehungen sind es sogar 37 Prozent mehr Effizienz. Mehr als 750 konnte er bisher nicht testen: Die Plastikteile aus dem 3D-Drucker werden sonst zu heiß und schmelzen – wie er bei einigen Prototypen festgestellt hat, die auf seinem Tisch zerronnen sind. Prototyp Nummer 15 brachte Robert jetzt einen Erfolg ein. Bei der Regeneron International Science and Engineering Fair, dem größten Forschungswettbewerb für High Schools in den USA, machte er heuer den ersten Platz. Dafür gab es 75.000 US-Dollar.

Robert arbeitet jetzt an Prototyp Nummer 16, aus stabileren Teilen. Damit will er die Drehzahlen steigern und dann das Patent einreichen. Damit sein Motor tatsächlich für Elektroautos eingesetzt werden kann, sollte er Drehzahlen zwischen 15.000 und 20.000 Umdrehungen pro Minute erreichen.

Andere Forscher*innen sehen in Roberts Motor jedenfalls großes Potenzial. Ohne Magnete ist er deutlich günstiger zu bauen. Ein Kilogramm Magnete aus Seltenen Erden könne mehrere Hundert Dollar kosten, während Kupferdraht (zur elektrischen Erzeugung des Magnetfelds) weniger als 8 Dollar pro Kilogramm kostet.

Außerdem wären die westlichen Autohersteller dann weniger von China abhängig, wo über 90 Prozent der Seltenen Erden abgebaut werden. Schließlich würde die Reduktion des Bedarfs an Seltenen Erden auch der Umwelt zugutekommen, da beim Abbau schädliche und gifte Stoffe in die Luft, ins Grundwasser und nahe Gewässer kommen.