Ein Stromstoss für den Supersportwagen der Zukunft

Lamborghini ist berühmt für seine satt röhrenden, kraftvollen Motoren. Doch die Ingenieure des italienischen Sportwagenbauers planen auch für eine voll elektrische Zukunft. Zusammen mit Forschern des Massachusetts Institute of Technology entwickeln sie den Konzept-Supersportwagen Terzo Millennio, dessen elektrisches Antriebssystem ganz ohne Batterien funktioniert.

Text Juergen Schoenstein
Fotografie Lamborghini

17. Juli 2020

Der Terzo Millenio im Dunkeln mit eingeschalteten Lichtern
Der Terzo Millenio im Dunkeln mit eingeschalteten Lichtern

Maurizo Reggiani (61), Chief Technology Officer (CTO) und damit oberster Ingenieur beim italienischen Sportwagenbauer Automobili Lamborghini S.p.A., ist erkennbar erleichtert, dass nun nach monatelanger Covid-Zwangspause der Betrieb wieder anläuft. «Wir haben zwar nie wirklich aufgehört, denn an Design und technischen Konzepten kann man auch im Homeoffice arbeiten», erklärt er mir, als ich ihn Anfang Juni – per Videokonferenz, über die sichere Entfernung von 6340 Kilometern hinweg – in seinem Büro in Sant’Agata Bolognese besuche. «Aber unsere Ingenieure müssen auch ausprobieren und testen, und das geht nicht auf Distanz.» Eines der ersten Fahrzeuge, das auf die jetzt wieder eröffneten Prüfstände und Teststrecken geschickt wird, ist der Sián – ein Sondermodell, das auf der Frankfurter International Automobilausstellung 2019 vorgestellt wurde und von dem nur 63 Stück gebaut werden sollen (die bereits alle verkauft sind, trotz eines Einstiegspreises von knapp zweieinhalb Millionen Euro). Er wird das schnellste und dank seines 6,5-Liter-V12-Motors auch das stärkste Modell sein, das Lamborghini jemals gebaut hat: Insgesamt 819 PS können den Sián (was im regionalen Dialekt «Blitz» bedeutet) auf mehr als 350 km/h beschleunigen.

Ein Motor mit dem Klang eines Orchesters

Wenn Reggiani, der Maschinenbau in Modena studiert hatte und 1982 seine Karriere als Motorenbauer für Maserati begann, über diesen V12-Motor spricht, der ursprünglich für Lamborghinis Top-Serienmodell Aventador konzipiert wurde, dann leuchten seine Augen: «Das ist der perfekte Motor für einen Supersportwagen», schwärmt er. «Seine Laufruhe, das schnelle Hochdrehen beim Anfahren – und natürlich der Klang. Der ist so einmalig, dass ich ihn nur mit dem Klang eines Orchesters vergleichen kann.» 

Aber was den Sián für Reggiani und sein Team so besonders macht, ist nicht der satt röhrende, benzingetriebene Hochleistungs-Saugmotor (Turbolader sind bei Lamborghini verpönt), sondern ein gerade mal 34 PS starkes, leise surrendes Elektromotörchen: Der Sián ist das erste Modell mit dem berühmten Stier-Emblem, das einen Hybridantrieb besitzt. Der Elektromotor sitzt direkt am Getriebe; seine Aufgabe ist nicht primär die Benzineinsparung oder Umweltfreundlichkeit, sondern der Fahrkomfort: Aus Gewichtsgründen haben die Designer auf die sonst übliche Doppelkupplung verzichtet, mit der bei solchen leistungsstarken Supersportwagen die beim Auskuppeln zum Hochschalten auftretende Zugkraftunterbrechung überbrückt wird. Diese Rolle übernimmt im Sián nun der Elektromotor, der in der «Schaltpause» für das fortgesetzte Drehmoment sorgt. Auch beim «Kickdown» in höheren Gängen (der Sián schaltet automatisch durch insgesamt sieben Gänge) greift der 48-Volt-Motor ein und erhöht so die Elastizität des Antriebssystems. «Den Vorteil, beim Auskuppeln nicht mehr ‚durchgeschaukelt‘ zu werden», erklärt Reggiani und wippt dabei demonstrativ in seinem aus einem Schalensitz gebauten Bürostuhl, «haben unsere Kunden sofort kapiert.»

Seitenansicht des Terzo Millenio Lamborghini
Seitenansicht des Terzo Millenio Lamborghini

Aber in gewisser Weise ist dieser zusätzliche Fahrkomfort auch nur ein willkommener Nebeneffekt: «Der Sián ist als Proof of Concept, als Machbarkeitsnachweis für den Einsatz von Superkondensatoren in Supersportwagen gedacht», erklärt Reggiani. Superkondensatoren, kurz auch «Supercap» (abgeleitet vom englischem Begriff super capacitor) genannt, speichern die elektrische Energie nicht chemisch, wie in herkömmlichen Akkumulatoren, sondern als statische Ladung. Das bringt eine ganze Reihe von Vorteilen: Sie geben ihre Energie wesentlich schneller ab (was bei hoch drehenden Sportwagen absolut nötig ist), ohne sich zu erhitzen – ein typisches Problem bei den bisher üblichen Lithium-Akkus, von dem Tesla-Fahrer oder auch die Besitzer von Samsung Galaxy-Mobiltelefonen ein leidvolles Lied singen können. Und im Verhältnis von Ladung zu Gewicht sind sie diesen Akkus um etwa das Dreifache überlegen; dank seines Supercap wiegt der gesamte Elektroantrieb im Sian nur 34 Kilogramm, also ein Kilo pro PS: «Selbst unsere besten herkömmlichen Antriebe haben ein Verhältnis von Leistung zu Gewicht um eins zu 1,6», verrät Reggiani.

Die Karrosserie speichert den Strom

Und das ist nur der Anfang: Die Superkondensatoren der Zukunft sollen noch dreimal besser sein als das Beste, was heute zu finden ist. Und bei der Suche danach holte sich Lamborghini Hilfe am Massachusetts Institute of Technology bei Boston (USA): Im November 2017 wurde dort in Anwesenheit von Reggiani das Projekt «Terzo Millennio» vorgestellt – ein Konzept-Sportwagen mit rein elektrischem Antrieb, der ganz ohne Batterie auskommt und stattdessen seine Energie in der Karosserie speichern soll. Zwei Forschungsteams wurden dafür am MIT eingerichtet: Das erste, unter der Leitung des Chemieprofessors Mircea Dincă, wird neuartige Speichermaterialien entwickeln, deren Kapazität selbst die besten Supercaps um das Doppelte übertreffen sollen; die zweite Forschungsgruppe, die Professor Anastasios John Hart am Fachbereich Maschinenbau aufgebaut hat, sucht nach Wegen, diese Speichermaterialien direkt in die Kohlenfaser-Verbundwerkstoffe der Karosserie einzulagern. Auf vier Jahre ist diese Kooperation ausgelegt.

Der Lamborghini Sián
Der Lamborghini Sián

Die Superkondensatoren der Zukunft sollen noch dreimal besser sein als das Beste, was heute zu finden ist.

Dincăs Team konzentriert sich dabei auf so genannte «Metall-organische Gerüste» – das sind neuartige Verbundstoffe aus, wie der Name schon verrät, Metallatomen (zum Beispiel Zink) und organischen Kohlenstoffverbindungen. Eine besondere Eigenheit dieser so genannten MOF (Metal Organic Frameworks) ist, dass sie extrem poröse Nano-Partikel bilden und daher eine im Vergleich zu ihrer Masse enorme Oberfläche haben: die Innenseiten der Nanobläschen in einem einzigen Gramm dieses Materials können sich auf runde 4500 Quadratmeter addieren – etwa 1,6 Gramm dieses Materials hätten also die gleiche Oberfläche wie das Spielfeld im Letzigrund-Stadium, auf dem der FC Zürich spielt. Und auf die Oberfläche kommt es bei Kondensatoren ganz besonders an.

Doch eines waren diese MOF bisher nicht: elektrisch leitfähig, was sie eigentlich für Kondensatoren untauglich macht. Als ich Dincă vor längerer Zeit zum ersten Mal darauf ansprach, deutete er an, dass es eine Möglichkeit gebe, wie er dieses Problem umgehen kann. Und offenbar ist ihm das gelungen, und zwar schneller, als Reggiani erhofft hatte: Als das Projekt vor drei Jahren angestossen wurde, sei er sich nicht sicher gewesen, ob das nicht reine Traumtänzerei oder sogar einfach nur verrückt wäre, gesteht mir der Lamborghini-CTO. «Was Professor Dincă in der kurzen Zeit geschafft hat – wow!» Im November schrieben der MIT-Professor und die Lamborghini-Forschungsabteilung ihren ersten gemeinsamen Patentantrag; zum aktuellen Stand der Dinge halten sich beiden Seiten aber bedeckt – «es geht dabei um den Schutz von geistigem Eigentum», erklärt mir Dincă auf meine Frage, ob er mir mehr darüber verraten könnte.

Auch Hart, dessen Spezialgebiete in den Bereichen Nanoröhren und 3D-Druck für industrielle Fertigung sich hier bestens verbinden lassen, will sich noch nicht in die Karten schauen lassen. Seine Aufgabe ist, wie Reggiani zugibt, weitaus komplizierter: Er muss nicht nur Wege finden, diese MOF-Komponenten als elektrisch funktionsfähige Bauteile in die Karbon-Verbundwerkstoffe der Karosserie zu integrieren, sondern sich auch Gedanken machen, wie sich dieser Prozess vom Labor in die Werkshalle übersetzen lässt. Das sei, wie Hart mir bei einem ersten Gespräch über das Projekt erklärt hatte, «eher eine aufregende Gelegenheit für Grundlagenforschung als etwas, von dem wir schon wissen, wie es funktioniert.»

In Harts Worten heisst das, dass er «Elektroden-Strukturen» entwickeln muss, «die in die Karosserie integriert werden können und die neben hoher Energieleistung auch eine mechanisch tragende Funktion übernehmen können.» Was er eigentlich sagen will ist, dass er ein Material entwickeln muss, das es an Stabilität und Haltbarkeit mit bisherigen Karosserie- und Streben-Verbundwerkstoffen aufnehmen kann und dabei gleichzeitig noch die Fähigkeit hat, elektrische Energie in ausreichender Menge zu speichern. Wie genau das funktionieren soll, will er mir nicht verraten, um sein geistiges Eigentum zu schützen: «Das hebe ich mir für unseren Patentantrag auf», winkt er ab. Aber im Prinzip wird es so aussehen, dass die energiespeichernden MOF-Nanopartikel in Kohlefaser-Strukturen aus Nanoröhrchen eingelagert werden, wobei diese Nanoröhrchen die Funktion der Elektroden übernehmen müssen. Ein paar Millimeter grosse Materialproben seien da schon sehr ehrgeizig, gibt Hart zu, und ehe er sich Gedanken über die Entwicklung eines industriellen Fertigungsprozesses machen könne, müsste er erst mal die Zentimeter-Skala erreichen. 

Produktionsstandort des Lamborghini Sian
Produktionsstandort des Lamborghini Sian

Entwicklung läuft schneller als geplant

Doch auch hier ist Reggiani unbeirrt optimistisch: «Sie werden überrascht sein, was Professort Hart vorzuzeigen hat», versichert er mir. In jedem Fall komme das Projekt Terzo Millennio (zu dem auch ein neues Konzept von Radnabenmotoren gehört, das von der Stanford-Universität entwickelt wird) «schneller voran als geplant»; ausserdem habe man es sowieso nicht ganz so eilig: «Es gibt einen Grund, warum wir das Projekt ‚Drittes Jahrtausend‘ getauft haben.» Frühestens in einem Jahrzehnt will Lamborghini einen Terzo Millennio auf die Strasse bringen; der Hauptzweck des Projekts ist, Technologien wie beispielsweise die Supercap-Technik voranzubringen, die in zukünftigen Hybridmodellen eingesetzt werden soll: «Unsere nächste Generation wird hybrid sein», ist sich Reggiani sicher.

Es gibt einen Grund, warum wir das Projekt ‚Drittes Jahrtausend‘ getauft haben.

Auf den V12-Ottomotor will Reggiani jedenfalls auf lange Zeit noch nicht verzichten: «So lange es kein Gesetz dagegen gibt, wird der V12 auch noch in 30 Jahren in Lamborghinis laufen.» Ein Lamborghini sei nun mal kein Auto, das man kauft, um von A nach B zu fahren, es gehe den Lamborghini-Fahrern vor allem ums Fahrgefühl, um «den Adrenalinstoss, eine Explosion von Adrenalin».  Der V12-Motor mit seinem Sound und seiner Leistung sei dafür absolut ideal – aber mit dem Terzo Millennio hat Lamborghini einen «Plan B», falls Vorschriften das benzinfressende Superaggregat von der Strasse verbannen. Doch was wird dann aus dem legendären Sound, dem brunftige Röhren des klassischen Saugmotors, den sich überzeugte Lamborghini-Fahrer noch nicht mal vom Winseln eines Turboladers verderben lassen wollen? Das leise Surren eines Elektromotors dürfte für diese Kundschaft also etwa so unsexy sein wie ein Striptease im Radio. Die Idee, diesen Sound elektronisch zu generieren, weist Reggiani empört zurück: «Selbst wenn wir keine Verbrennungsmotoren mehr einbauen dürfen, wird der Klang eines Lamborghini immer noch natürlich sein: das Rollen der Räder, das Rauschen des Fahrtwinds» versichert er. «Die Physik des Autos wird den Ton angeben.»

Über das Projekt

Screenshot des Zoom-Gesprächs zwischen Naratek's Jürgen Schönstein und Maurizio Reggiani von Lamborghini
Screenshot des Zoom-Gesprächs zwischen Naratek's Jürgen Schönstein und Maurizio Reggiani von Lamborghini

Die Zusammenarbeit von Lamborghini und dem Massachusetts Institute of Technology begann im Februar 2017 mit einem Besuch des Lamborghini-Entwicklungschefs Riccardo Parenti in Cambridge bei Boston. Er war auf der Suche nach besseren Materialien für Superkondensatoren, die elektrische Energie effizienter und mit weniger Gewicht als selbst die besten Lithium-Batterien speichern können; die Professoren Mircea Dincă (Chemie) und John Hart (Maschinenbau) nahmen die Herausforderung an: Im November 2017 wurde die Zusammenarbeit, die auf vier Jahre projektiert war, offiziell bekannt gegeben. Schon zwei Jahre später, im November 2019, konnten Dincă und Lamborghini einen gemeinsamen (aber noch nicht publizierten) Patentantrag für ein neuartiges Speichermaterial stellen.


Text Juergen Schoenstein
Fotografie Lamborghini

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