Das vergessene Motorenkonzept: Warum hat sich bei Pkw-Antrieben die Gasturbine nie durchsetzen können?

In den Annalen der Automobilgeschichte gibt es viele faszinierende Ideen und Konzepte, die das Potenzial hatten, die Branche zu revolutionieren – und doch in Vergessenheit gerieten. Eines dieser Konzepte, das in der Mitte des 20. Jahrhunderts als der Antrieb der Zukunft gefeiert wurde, ist die Gasturbine. Inspiriert von ihrem überwältigenden Erfolg in der Luftfahrt, träumten Ingenieure und Designer davon, die kraftvollen, vibrationsarmen und vermeintlich wartungsarmen Turbinen unter die Motorhaube unserer Alltagsautos zu bringen. Doch trotz intensiver Forschung, vielversprechender Prototypen und einer öffentlichen Testphase, die an Science-Fiction grenzte, konnte sich die Gasturbine nie als Herzstück eines Personenwagens etablieren. Aber warum eigentlich nicht?

Die Verlockung des „Jets” auf Rädern: Was machte die Gasturbine so attraktiv?

Die Idee, einen Gasturbinenmotor in einem Pkw zu verwenden, war aus mehreren Gründen verlockend. Zunächst versprach sie eine enorme Leistungsdichte. Gasturbinen sind bekannt dafür, im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine sehr hohe Leistung zu erzeugen. Man stelle sich vor: Ein Motor, der leichter ist als ein vergleichbarer Verbrennungsmotor, aber dieselbe oder sogar mehr Kraft liefert. Das hätte zu schnelleren, agileren und vielleicht auch sparsameren Fahrzeugen führen können.

Ein weiterer großer Vorteil war die Laufruhe. Im Gegensatz zu Kolbenmotoren, die durch die ständige Auf- und Abwärtsbewegung ihrer Kolben Vibrationen und Geräusche erzeugen, arbeiten Gasturbinen mit einer kontinuierlichen Rotationsbewegung. Dies hätte ein Fahrerlebnis von unvergleichlicher Geschmeidigkeit ermöglicht, frei von den störenden Schwingungen, die man von herkömmlichen Motoren kennt.

Zudem galten Gasturbinen als multitreibstofffähig. Ob Benzin, Diesel, Kerosin, Erdgas oder sogar Pflanzenöl – eine Gasturbine konnte theoretisch eine Vielzahl von Brennstoffen verbrennen. Dies bot eine enorme Flexibilität und Unabhängigkeit von spezifischen Kraftstoffarten, was in Zeiten schwankender Ölpreise und politischer Unsicherheiten ein großer Vorteil gewesen wäre. Weniger bewegliche Teile, zumindest im Kern der Turbine selbst, deuteten zudem auf eine potenziell höhere Zuverlässigkeit und einen geringeren Wartungsaufwand hin.

Pioniere und Prototypen: Der Traum nimmt Gestalt an

Die Faszination war so groß, dass führende Automobilhersteller weltweit begannen, mit dem Konzept zu experimentieren. In den 1950er und 1960er Jahren waren es vor allem Unternehmen wie Chrysler, Rover und General Motors, die die Forschung vorantrieben. Chrysler war dabei der ambitionierteste Vorreiter und schuf das wohl bekannteste Experimentalfahrzeug: den Chrysler Turbine Car. Dieses futuristisch anmutende Fahrzeug wurde nicht nur als reines Laborfahrzeug entwickelt, sondern ging 1963 in eine einzigartige öffentliche Testphase. 50 Fahrzeuge wurden an sorgfältig ausgewählte amerikanische Familien für eine drei Monate lange Nutzung im Alltag ausgeliefert. Ziel war es, wertvolle Daten über die Alltagstauglichkeit und Akzeptanz des Turbinenantriebs zu sammeln.

Auch der britische Hersteller Rover zeigte mit seinem Rover JET1, der bereits 1950 das Licht der Welt erblickte und später am 24-Stunden-Rennen von Le Mans teilnahm, wie ernst die Branche dieses Konzept nahm. General Motors experimentierte ebenfalls mit Turbinen-LKWs und -Bussen sowie Konzeptfahrzeugen wie dem Firebird.

Die Berichte der Testfahrer des Chrysler Turbine Cars waren oft enthusiastisch: Sie lobten die Laufruhe, die Leistung und die einfache Bedienung. Der Motor startete schnell, und das Fehlen eines Kühlers oder einer Zündanlage vereinfachte die Konstruktion scheinbar. Doch unter der glänzenden Oberfläche der Innovation lauerten technische Hürden, die sich als unüberwindbar erweisen sollten.

Die Knackpunkte: Warum die Realität den Traum einholte

Die Gründe für das Scheitern der Gasturbine im Pkw-Bereich sind vielfältig und komplex. Sie reichten von grundlegenden physikalischen Eigenschaften bis hin zu praktischen Ingenieursproblemen:

1. Der „Durst”: Ineffizienz bei Teillast und im Stadtverkehr

Dies war zweifellos der größte Stolperstein. Gasturbinen arbeiten am effizientesten bei hoher, konstanter Drehzahl und Last, ähnlich wie in einem Flugzeug oder einem Kraftwerk. Für ein Auto, das ständig beschleunigt, bremst, im Stau steht und seine Geschwindigkeit ändert, ist dies jedoch genau das falsche Profil. Bei Teillast, also wenn nur wenig Leistung abgerufen wird, oder gar im Leerlauf, ist der Kraftstoffverbrauch einer Gasturbine exorbitant hoch. Der Hauptgrund liegt darin, dass der Kompressor und die Turbine immer mit einer bestimmten Mindestdrehzahl laufen müssen, um überhaupt funktioniert zu bleiben, und dabei eine beträchtliche Menge Luft ansaugen und komprimieren, selbst wenn die benötigte Leistung minimal ist. Ein Großteil der Energie geht dabei ungenutzt als Wärmeabfall verloren.

Um dieses Problem zu mildern, entwickelten Ingenieure Regeneratoren (Wärmetauscher), die einen Teil der Abgaswärme nutzen, um die Frischluft vor der Verbrennung zu erwärmen. Dies verbesserte die Effizienz erheblich, insbesondere bei Teillast. Doch diese Regeneratoren waren groß, schwer, teuer in der Herstellung und erhöhten die thermische Trägheit des Systems, was wiederum das Ansprechverhalten negativ beeinflusste.

2. Hohe Kosten und exotische Materialien

Gasturbinen arbeiten bei extrem hohen Temperaturen (bis zu 1.000 °C und mehr) und Drehzahlen (bis zu 50.000 U/min oder mehr). Dies erfordert den Einsatz von hochtemperaturfesten Legierungen (Superlegierungen) oder Keramiken für kritische Bauteile wie Turbinenschaufeln und Brennkammern. Solche Materialien sind nicht nur extrem teuer in der Entwicklung und Herstellung, sondern auch schwierig zu bearbeiten und formen. Die Massenproduktion zu wettbewerbsfähigen Preisen, die für den Pkw-Markt unerlässlich ist, erwies sich als nahezu unmöglich.

3. Das „Turboloch” auf Steroiden: Schlechtes Ansprechverhalten

Wer schon einmal ein Auto mit einem stark verzögerten Turbolader gefahren ist, kennt das Gefühl des „Turbolochs“. Bei einer Gasturbine war dieses Problem aufgrund der massiven rotierenden Komponenten und der hohen thermischen Trägheit noch viel ausgeprägter. Es dauerte einfach zu lange, bis der Motor auf Gasbefehle reagierte und die volle Leistung entwickelte. Eine schnelle Beschleunigung aus dem Stand oder ein spontaner Überholvorgang, wie man es von einem modernen Verbrennungsmotor gewohnt ist, war kaum möglich. Dies machte die Gasturbine im dynamischen Stadt- und Landstraßenverkehr untauglich für den Massenmarkt.

4. Emissionen und Geräuschkulisse

Obwohl Gasturbinen tendenziell weniger Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) ausstoßen, waren sie aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen anfällig für die Bildung von Stickoxiden (NOx). Diese waren in den aufkommenden Umweltvorschriften der 1970er Jahre ein großes Problem, für das es keine einfache Lösung gab. Hinzu kam die charakteristische, hochfrequente Geräuschkulisse – ein schrilles Pfeifen oder Heulen –, die zwar in der Luftfahrt akzeptabel ist, in einem Pkw aber als störend empfunden wurde. Auch die enorme Hitzeentwicklung der Abgase stellte ein Problem dar, das aufwendige Isolierungs- und Ableitungssysteme erforderte.

5. Die Komplexität des Gesamtsystems

Obwohl die Gasturbine selbst weniger bewegliche Teile als ein Kolbenmotor aufweist, wurde das Gesamtsystem für einen Pkw extrem komplex. Der benötigte Regenerator, das ausgeklügelte Getriebe zur Anpassung der hohen Turbinendrehzahlen an die Raddrehzahlen, die aufwendigen Hilfsaggregate und die elektronische Steuerung zur Kompensation des schlechten Teillastverhaltens – all dies führte zu einem extrem komplizierten, wartungsintensiven und teuren Paket, das den vermeintlichen Vorteil der Einfachheit zunichtemachte.

Der Aufstieg des Kolbenmotors und das Ende eines Traums

Während die Gasturbine mit ihren Kinderkrankheiten kämpfte, machte der klassische Kolbenmotor enorme Fortschritte. Die Einführung von elektronischer Kraftstoffeinspritzung, Turboladern mit Ladeluftkühlung, variabler Ventilsteuerung und immer ausgefeilteren Motorsteuerungen ermöglichte es den Verbrennungsmotoren, ihre Effizienz, Leistung und ihr Ansprechverhalten drastisch zu verbessern. Sie wurden sparsamer, sauberer und leistungsstärker, wodurch der Vorsprung, den die Gasturbine theoretisch hatte, aufgebraucht wurde.

Für die Pkw-Anwendung, bei der schnelles Ansprechen, gute Effizienz im Stop-and-Go-Verkehr und niedrige Kosten entscheidend sind, war der hoch entwickelte Kolbenmotor einfach die überlegene Lösung. Die Nachteile der Gasturbine wogen die Vorteile bei weitem auf.

Wo die Gasturbine triumphierte: Nischenanwendungen

Das Scheitern im Pkw-Bereich bedeutet jedoch nicht, dass die Gasturbine eine technische Sackgasse war. Ganz im Gegenteil: In Anwendungen, bei denen konstante Lasten, hohe Leistung, geringes Gewicht und Multitreibstofffähigkeit von größerer Bedeutung sind als Teillasteffizienz oder schnelles Ansprechverhalten, hat sich die Gasturbine als äußerst erfolgreich erwiesen. Man findet sie heute in:

• Flugzeugen: Als Jet-Triebwerke, die Luftfahrt ohne sie wäre undenkbar.
• Schiffen: Insbesondere in Militärschiffen und einigen Fähren, wo sie hohe Leistungen auf Abruf liefern.
• Panzern: Wie dem M1 Abrams, aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte und Multitreibstofffähigkeit.
• Stromerzeugung: In Kraftwerken als stationäre Gasturbinen oder im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung.
• Schweren Nutzfahrzeugen und Zügen: Wo hohe, konstante Leistungsabgabe gefragt ist.

Hier sind die Anforderungen grundlegend anders als bei einem Personenwagen, und die Stärken der Gasturbine können voll ausgespielt werden.

Blick in die Zukunft: Eine Wiedergeburt als Range Extender?

Mit dem Aufkommen der Elektromobilität erlebt die Gasturbine in einer sehr speziellen Rolle vielleicht eine kleine Renaissance: als Range Extender in Elektrofahrzeugen. Hier müsste sie nicht die Räder direkt antreiben, sondern könnte bei konstanter, optimaler Drehzahl einen Generator speisen, der wiederum die Batterie lädt oder direkt die Elektromotoren versorgt. Dieses Szenario würde ihre Hauptschwäche – die Ineffizienz bei Teillast – umgehen. Konzepte wie der Nissan BladeGlider oder der Jaguar C-X75 haben dies in der Vergangenheit erforscht. Allerdings sind auch hier kleinere, effizientere Wankelmotoren oder speziell entwickelte Verbrennungsmotoren für diese Rolle stark in Konkurrenz getreten, und die Entwicklung von Batterien hat die Notwendigkeit von Range Extendern generell reduziert.

Fazit: Ein glorreicher Traum, der nicht in die Gasse passte

Das Motorenkonzept der Gasturbine im Pkw war ein faszinierendes Kapitel der Automobilgeschichte, das den Geist von Innovation und unermüdlicher Ingenieurskunst widerspiegelt. Die Idee eines „Jets” auf Rädern war kühn und verlockend. Doch die inhärenten physikalischen und ökonomischen Herausforderungen – allen voran der hohe Kraftstoffverbrauch bei wechselnden Lasten, die hohen Kosten für Materialien und Fertigung sowie das schlechte Ansprechverhalten – erwiesen sich als zu große Hürden für den Massenmarkt. Während die Gasturbine in anderen Bereichen der Technik unverzichtbar wurde, zeigte sich, dass die Straße und die Stadtlandschaft nicht ihr natürliches Habitat waren. Die Geschichte der Gasturbine im Auto ist eine Mahnung, dass nicht jede technologische Überlegenheit in einem Bereich automatisch zum Erfolg in einem anderen führt, insbesondere wenn die Anforderungen so grundlegend unterschiedlich sind. Es bleibt ein „Was wäre wenn?”, eine Erinnerung an eine Zeit, in der die Grenzen des Automobilbaus auf faszinierende Weise ausgelotet wurden.