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Kalte Fusion

Jäger des verlorenen Schatzes

Seit fast 40 Jahren suchen einige Unentwegte die vermeintlich revolutionäre Energiequelle. Sie werden belächelt, beobachten aber in ihren Versuchen immer wieder ungewöhnliche Effekte. Auch Technologiefirmen basteln schon an Fusionsgeräten, die angeblich kurz vor der Marktreife stehen.
Eine rote und eine blaue Kugel treffen sich und am Kontaktpunkt gibt es einen Lichtblitz. Es soll eine Materie-Antimaterie-Kollision darstellen, tut das aber in wirklich jeder Hinsicht falsch.

Wäre das Schicksal der Menschheit Gegenstand eines Hollywood-Films, dann bräuchte der verantwortliche Drehbuchautor eine zündende Idee, um seiner Story ein Happy End zu verpassen. Zum Beispiel die kalte Fusion. Die Idee klingt wie eine Verheißung: eine unerschöpfliche, saubere Energiequelle, allein mit Wasser, ohne schädliche Abfallprodukte. Mit Hilfe einer solchen Technik ließen sich nicht bloß im Film etliche dringende Menschheitsprobleme lösen.

Dazu müssten Wasserstoffkerne verschmelzen, und zwar bei Raumtemperatur – in der Sonne findet dieser Prozess bei Millionen von Grad statt. Ein bestimmter Anteil der Masse wandelt sich dabei in Energie um und wird als Wärmestrahlung frei. Im Prinzip handelt es sich dabei um »saubere Energie«, da kaum gesundheitsschädliche Nebenprodukte entstehen. Doch Atomkerne sind positiv geladen und stoßen sich ab. Wie sollen sie sich bei gemäßigten Temperaturen derart auf die Pelle rücken, dass sie verschmelzen?

Auf diese Frage gibt es bislang keine zufrieden stellende Antwort. Bekannte Kernfusionen laufen nur bei extremer Hitze und extremem Druck ab. Denn wenn unzählige Wasserstoffatome auf engem Raum mit absurd hohen Geschwindigkeiten herumschwirren, prallen immer wieder einzelne aufeinander – und fusionieren. Ein solches Szenario ist bei Raumtemperatur unmöglich. Nun könnte man annehmen, die Idee der kalten Fusion reiche folgerichtig zwar für ein Filmszenario, nicht aber für seriöse Wissenschaft. Ja und nein.

Fusion bei Zimmertemperatur

Die Mehrheit der Experten ist sich einig, dass eine Kernfusion bei »normalen« Temperaturen nicht stattfinden kann. »Es gibt einen Grund, weshalb wir versuchen, das Plasma mehrere hundert Millionen Grad heiß zu machen«, erklärt etwa Hartmut Zohm, Physikprofessor an der Ludwig-Maximilians-Universität München und wissenschaftliches Mitglied des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP). Er leitet die so genannte Tokamak-Szenario-Entwicklung, bei der die Beteiligten mittels eines sehr starken Magnetfelds versuchen, ein Plasma so zu erhitzen, dass eine Kernfusion stattfindet.

Pressekonferenz über die vermeintliche Entdeckung der Kalten Fusion

Als Doktorand habe er sich auch mit der kalten Fusion auseinandergesetzt, so Zohm. Das war 1989, als Reaktion auf eine spektakuläre Pressekonferenz an der University of Utah: Zwei Chemiker, Martin Fleischmann und Stanley Pons, hatten der Öffentlichkeit berichtet, ihre experimentellen Daten würden auf eine kalte Fusion hindeuten. Im Reagenzglas seien offenbar schwere Wasserstoffisotope während der Elektrolyse an der Oberfläche einer Palladiumkathode zu Helium fusioniert – bei Zimmertemperatur. Gemäß ihrer Theorie werden die Wasserstoffatome so stark in das Palladiumgitter hineingezogen, dass sie verschmelzen.

Für kurze Zeit herrschte Euphorie: Hatten die beiden Wissenschaftler tatsächlich eine neue Energiequelle entdeckt? Zohm erinnert sich, dass er kurzeitig dachte, er hätte mit der heißen Fusion auf das falsche Pferd gesetzt. »Wir haben am MPI für Plasmaphysik das Experiment nachgebaut und versucht, ihre Ergebnisse nachzuvollziehen«, so Zohm. Auch hätten sie die Grundlagen überprüft – doch: Weder Zohm und seine Kollegen vom IPP noch etliche andere Wissenschaftler konnten die Ergebnisse von Fleischmann und Pons bestätigen.

Auch die Theorie der beiden Chemiker klang nicht plausibel: »Nach allem, was wir gerechnet haben, hat ziemlich viel gefehlt, dass sich die Atome so stark annähern, dass sie fusionieren können«, sagt Zohm. Diese zahlreichen missglückten Experimente hatten zur Folge, dass die zwei Forscher massive Kritik einstecken mussten. Kollegen warfen ihnen grobe Fehler in ihrer Versuchsdurchführung bis hin zur absichtlichen Täuschung vor. Bis heute stehen für manche Wissenschaftler die Namen »Fleischmann-Pons« als Synonym für »junk science«, also »Wissenschaft für die Mülltonne«.

Nicht reproduzierbar, nicht nachvollziehbar

Nun könnte man vermuten, dieses Ereignis hätte das Kapitel der kalten Fusion beendet. Für den großen Teil der Wissenschaftsgemeinde trifft genau das zu, für ein paar wenige Forscher jedoch nicht. Einer, der sich seit den Experimenten von Fleischmann und Pons mit der kalten Fusion beschäftigt, ist Peter Hagelstein, Physiker und Professor für Elektrotechnik am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Auch am MIT versuchte man die sensationellen Ergebnisse von Fleischmann und Pons zu reproduzieren, was jedoch anfangs nicht gelang.

Gleichwohl ließ Hagelstein die Thematik nicht los. Er erinnert sich, dass Kollegen ihn ermutigt hätten, sich doch tiefergehend damit auseinanderzusetzen. Sie glaubten, dass er so lange nicht aufgeben würde, bis Klarheit herrschte, erzählt Hagelstein. Sie hatten offenbar Recht – denn noch heute, fast 30 Jahre später, fahndet der Physiker nach Erklärungen für ein Phänomen, dessen pure Existenz noch immer viele bezweifeln. Lange war sich auch Hagelstein nicht sicher, ob es den Effekt wirklich gibt. Ist alles doch nur ein Messfehler, wie Skeptiker behaupten? Erst nach viereinhalb Jahren des Experimentierens akzeptierte er, dass tatsächlich einige der postulierten Anomalien real sind.

Fortan stellte er unzählige Berechnungen an und verschiedene Theorien auf. Man kann ihn heutzutage wohl getrost als Kalte-Fusions-Experten bezeichnen. Er organisiert wissenschaftliche Treffen und referiert über seine Ergebnisse, zum Beispiel 2017 am MIT. Der Titel seines Vortrags damals lautete »Cold Fusion – Real, but is it ready?«, und Hagelstein lässt damit keinen Zweifel daran, dass er von der Existenz des Phänomens felsenfest überzeugt ist. Ihm zufolge sind die Effekte der überschüssigen Wärme mittlerweile gut reproduzierbar; was fehle, sei eine Theorie, die das Ganze erkläre. Denn das Problem an der Sache sei: Fände tatsächlich eine Kernreaktion im herkömmlichen Sinn statt, müsste man Neutronen- und Gammastrahlung sowie schnelle Elektronen als Nebenprodukte beobachten. Das ist jedoch nicht der Fall.

Kuriose Vorgänge in Kristallen

Gerne sprechen die Forscher der Szene deshalb auch von »low-energy nuclear reactions«, kurz LENR – und meinen damit bislang unbekannte Kernreaktionen bei niedrigen Temperaturen. Hagelstein hat dazu eine Reihe von Modellen entwickelt, die versuchen, die Phänomene zu beschreiben. Eine Theorie erwägt zum Beispiel einen quantenmechanischen Effekt: Die bei einer Fusion zweier Deuteriumkerne zu Helium frei werdende Energie überträgt sich als viele kleine Schwingungen auf das Kristallgitter der Palladiumionen; das würde die fehlende hochenergetische Strahlung erklären. In renommierten Fachzeitschriften sind seine Ergebnisse und Überlegungen allerdings nicht erschienen. Er hätte von Anfang an gewusst, dass es lang anhaltender Anstrengungen bedürfe, die Dinge zu klären; aber niemand hätte sich vorstellen können, dass es derart lange dauere, so Hagelstein. Nach beinahe 30 Jahren herrscht immer noch keine Gewissheit.

Auch wenn nicht viele etablierte Wissenschaftler Hagelsteins Beobachtungen ernsthaft diskutieren, einige gibt es. Einer davon ist David J. Nagel, Professor für Computer- und Elektrotechnik an der George Washington University. In einem Artikel aus dem Jahr 2016 der American Chemical Society (ACS) äußert er sich so zu dem Thema: »Es gibt Ergebnisse, die man nicht einfach wegreden kann. Ob es kalte Fusion, niedrigenergetische Kernreaktionen oder etwas anderes ist (…) wissen wir noch nicht. Aber es besteht kein Zweifel, dass sich mittels chemischer Energie Kernreaktionen herbeiführen lassen.«

Er spricht statt von kalter Fusion lieber von so genannten »lattice enabled nuclear reactions«, weil sich die Prozesse innerhalb des Kristallgitters einer Elektrode abspielen. Ihm zufolge sind die Experimente stetig besser geworden, auch wegen der vielen Kritik. Doch seine Überlegungen und Forschungsergebnisse wurden trotzdem nicht in anerkannten Fachzeitschriften veröffentlicht. Nagel ist der Meinung, dass die größten Hürden der LENR-Forschung widersprüchliche Resultate und fehlende Geldmittel seien. Zusammen mit Partnern hat er deshalb die LENR Industrial Association, kurz Lenria, ins Leben gerufen. Laut der Website handelt es sich dabei um eine »Non-Profit-Organisation, die sich sowohl für das wissenschaftliche Studium als auch für den kommerziellen Fortschritt auf diesem Gebiet einsetzt«.

Invasion der Glücksritter

Dass das Phänomen tatsächlich real ist, davon sind mittlerweile neben einzelnen Forschern offenbar auch etliche Firmen überzeugt. Sie versuchen Energiequellen auf LENR-Basis zu entwickeln. Zu ihnen zählen etwa Brillouin Energy, Unified Gravity aus Amerika sowie nicHenergy aus Italien, um nur ein paar zu nennen. Glaubt man ihren Werbeversprechen, ist schon bald mit marktreifen Produkten zu rechnen.

Zohm kennt dieses Phänomen aus seinem Forschungsbereich: »Es gibt eine Tendenz, dass Investoren vermehrt so genannte High-risk-high-gain-Projekte finanzieren« – also Kapitalanlagen, die ein hohes Risiko auf Verlust mit sich bringen, aber bei Erfolg einen ungewöhnlich hohen Gewinn versprechen: »Wenn ich zehn solchen Firmen Geld gebe und nur eine davon kommt durch, hat es sich bereits gelohnt«, so Zohm.

Ein Paradebeispiel für ein solches Investitionsobjekt ist der E-Cat des italienischen Erfinders Andrea Rossi. Die leicht zwielichtige Gestalt wurde in den 1990er Jahren auf Grund illegalen Handels mit Giftmüll verurteilt und angeblich bereits zweimal verhaftet.

Sein relativ unscheinbares Gerät produziert laut Rossi Energie, indem Nickelatome Neutronen aufnehmen und so zu Kupfer umgewandelt werden. Damit fände eine so genannte Transmutation statt, bei der Wärme frei würde – eine alternative Erklärung zur Kernfusion bei niedrigen Temperaturen; unklar sei jedoch, wie diese energetisch ungünstige Reaktion zu Stande kommen soll. Einen tieferen Einblick gewährt Rossi in sein Gerät nicht – angeblich aus Angst, man könne seine Idee kopieren. Für viele Millionen Dollar hat er schließlich die Patentrechte im Jahr 2014 an die amerikanische Firma Industrial Heat verkauft, die das Geld von Risikokapitalanlegern auftrieb. Im Jahr 2016 verklagte Rossi jedoch das Unternehmen, weil die Verantwortlichen sich mit der Begründung, sein Gerät funktioniere nicht so, wie Rossi es angegeben habe, weigerten, einen großen Anteil des vereinbarten Betrags zu zahlen.

Nun könnte man hieraus seine Schlüsse ziehen und Rossi endgültig als Betrüger abstempeln. Doch ganz so einfach ist die Sache nicht: Wissenschaftler prüften den E-Cat bereits mehrmals und kamen stets zu dem Ergebnis, dass er tatsächlich Überschussenergie produziert. Einer dieser Experten ist der schwedische Physiker und Professor Hanno Essén. Er ist seit September 2006 Mitglied des Editorial Board des »European Journal of Physics« und war drei Jahre lang Vorsitzender der Swedish Skeptics Society. Ein renommierter Wissenschaftler also, dem man nicht unterstellen möchte, er wäre zu gutgläubig. Auf schriftliche Nachfrage lässt Essén keinen Zweifel daran, dass seine Kollegen und er das Gerät ausgiebig überprüft hätten und keine Manipulation feststellen konnten.

Unabhängig geprüft?

Man hätte zum Beispiel ausgeschlossen, so der Physiker, dass zusätzliche Energie über das Erdungskabel in das System gespeist werde, wie Kritiker im Nachhinein anmerkten. Er ist sich ziemlich sicher, dass der E-Cat tatsächlich Überschusswärme produziert: » Auf der Basis der Messungen, an denen ich beteiligt war, und der Berichte anderer unabhängiger Wissenschaftler würde ich sagen, die Belege sind recht gut, dass Rossi ungewöhnliche Wärme erzeugen kann.« Seiner Meinung nach gebe es genügend andere physikalische Effekte, die noch nicht erklärt seien. Deshalb sei LENR für ihn nicht einzigartig. Rossi bezeichnet er als einen »hart arbeitenden Entrepreneur mit zahlreichen Fähigkeiten«. Essén kritisiert allerdings, dass für den Erfinder eher die wirtschaftlichen als die wissenschaftlichen Interessen im Vordergrund stünden.

Die fast schon bizarre Geschichte von Rossi zeigt deutlich die Problematik der kalten Fusionsforschung, die auch Zohm anspricht: »Entweder ich zeige verlässlich, dass mein Gerät Energie liefert, und verkaufe es. Dann können sich Horden von Wissenschaftlern darauf stürzen. Oder aber ich erkläre fundiert und schlüssig, wie das Ganze funktioniert«, sagt Zohm. Bisher sei jedoch weder das eine noch das andere eingetreten. Ihn würde es einfach zu viel Zeit kosten, zu zeigen, dass eine Behauptung womöglich nicht stimmt. »Deshalb muss eine Theorie eine gewisse Reife erreichen, bevor man sich dann wirklich im Detail damit beschäftigen kann«. Einen solchen Seriositätsgrad habe er jedoch bei der kalten Fusionsforschung noch nicht gesehen.

Dennoch möchte er nicht ausschließen, dass es einen beobachtbaren Effekt gibt, der sich bislang nicht erklären lässt. Sehr wahrscheinlich handle es sich dabei aber nicht um eine Fusion im herkömmlichen Sinn. Deshalb setzt zumindest Zohm weiter auf die heiße Fusion.

20/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 20/2018

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