Cold Fusion: Boom oder Büste?

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Es gibt einen alten Witz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, dass Fusionskraft die Energiequelle der Zukunft ist und immer sein wird. Das liegt daran, dass die Herausforderungen bei der kommerziellen Umsetzung so gewaltig sind, dass bisher noch niemand genügend Ressourcen investiert hat, um zu beurteilen, ob Fusionsenergie kostengünstig und machbar sein könnte. In Frankreich laufen derzeit große Forschungsanstrengungen, um das Versprechen der Fusion zu untersuchen. Dort wird ein langjähriges Projekt – eine internationale Anlage namens International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) – gebaut. Ende Mai unterzeichneten die USA, die Europäische Union, Japan, China, Russland, Südkorea und Indien eine Vereinbarung zur Unterzeichnung des ehrgeizigen Projekts. Nach Schätzungen von Beamten wird der Bau des ITER acht bis zehn Jahre dauern und 5,9 Milliarden US-Dollar kosten (von denen die USA 10 Prozent finanzieren). Weitere 5 Milliarden US-Dollar werden für den Betrieb in den nächsten 20 Jahren benötigt.

Die Hoffnung ist, dass ITER Wissenschaftlern und Ingenieuren dabei hilft, sich auf einen Prozess einzulassen, der theoretisch gut verstanden, aber wirtschaftlich nicht tragbar ist. Bei der Kernfusion verschmelzen zwei Atomkerne zu einem schwereren Kern – ein Prozess, der enorme Energiemengen freisetzt. Fusionsreaktionen, bei denen Wasserstoffatome zu Helium verschmelzen, sorgen für ein strahlendes Sonnenlicht. An einem heißen Julitag am Strand spüren Sie die Wärme und Energie, die sie erzeugt. Der Prozess unterscheidet sich von der Kernspaltung oder der Spaltung von Atomkernen (typischerweise Uran), die ebenfalls enorme Energiemengen freisetzen und die Grundlage für die heutige Atomkraft bilden. Aus vielen Gründen bietet die Fusion eine attraktive Antwort auf die globalen Energieprobleme: Sie benötigt winzige Mengen an Rohmaterial und sehr billiges Rohmaterial – hauptsächlich Deuterium (oder „schwerer Wasserstoff“), ein Isotop von Wasserstoff, das von Natur aus reichlich vorhanden ist Ozeanwasser und Tritium, ein weiteres Wasserstoffisotop. Im Gegensatz zu Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, würde die Verschmelzung die Luft nicht verschmutzen. im gegensatz zu nuklearen stromquellen besteht keine gefahr eines zusammenbruchs oder eines anderen katastrophalen unfalls. Und ein zusätzlicher Bonus in einer sicherheitsbewussten Welt: Ihre Materialien können nicht für die abtrünnige Herstellung von Massenvernichtungswaffen verwendet werden.

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Es gibt jedoch einen Haken und es ist ein großer Haken – es ist schwierig, eine Fusionsreaktion über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten. Damit die Fusion stattfinden kann, müssen Sie genügend Wasserstoffatome so nah beieinander drücken, dass die positiv geladenen Protonen (die sich von Natur aus abstoßen) in ihren Kernen verschmelzen. Und das kostet viel Energie. Die Fusionsreaktionen der Sonne werden seit Äonen aufgrund der starken Hitze und des starken Drucks in ihrem Kern aufrechterhalten, aber auf der Erde sind extrem hohe Temperaturen erforderlich, bis zu 100 Millionen Grad Fahrenheit oder etwa sechsmal so heiß wie im Inneren von der Sonne (obwohl zu beachten ist, dass einige Holdouts glauben, dass Fusionsreaktionen bei viel niedrigeren Temperaturen auftreten können; siehe Artikel unten).

In den letzten fünf Jahrzehnten haben Industrie und Regierung Millionen für die Grundlagenforschung zur Fusion ausgegeben. Bisher ist es Wissenschaftlern gelungen, eine Fusionsreaktion durch Erhitzen gasförmiger Formen von Deuterium und Tritium zu erzeugen, bis diese zu Helium verschmelzen. Das entstehende Plasma oder überhitzte Gas befindet sich in einem Vakuum, das durch ein kolossales Magnetfeld an Ort und Stelle gehalten wird – alles isoliert durch einen meterdicken Metallmantel. Dem am MIT untergebrachten Tokamak-Reaktor ist es gelungen, diese Reaktionen für kurze Zeit zu erzeugen. Wissenschaftler und Ingenieure haben jedoch immer noch Probleme, wie sie die Reaktion ohne einen Nettoverlust an Energie aufrechterhalten und die immense Energie nutzen können, die sie zur Stromerzeugung freisetzen. Sie sind sich auch nicht sicher, wie sie die Strahlung, die aus der Fusion resultiert, kontrollieren sollen, und sie haben auch keine Materialien identifiziert, die langlebig genug sind, um den thermischen und magnetischen Belastungen standzuhalten, die für die Aufrechterhaltung von Fusionsreaktionen erforderlich sind.

ITER wird über Fähigkeiten verfügen, mit denen viele dieser Fragen beantwortet werden können, sagen Forscher. Es wird etwa zehnmal so groß wie der Tokamak-Reaktor des MIT sein und einen entscheidenden technologischen Schritt zur Schaffung einer dauerhaften Fusionsreaktion durch Erhitzen des Plasmas mit überschüssiger Strahlung und Wärme aus der Fusionsreaktion selbst anstelle einer externen Wärmequelle unternehmen. “ITER wird nicht alle Probleme lösen”, sagt Earl Marmar, leitender Wissenschaftler in der Abteilung für Physik am MIT, der den Alcator C-Mod-Fusionsreaktor der Universität betreibt. “Wir brauchen nach ITER einen Reaktor der nächsten Generation, der dem kommerziellen Maßstab nahe kommt”, der in der Lage ist, mehr Energie zu produzieren, als für den Betrieb erforderlich ist.

Dennoch sind die technologischen Herausforderungen immens. Eine umstrittene Einschätzung, die in der März-Ausgabe von Science 2006 veröffentlicht wurde, stammt von William E. Parkins, einem Absolventen des Manhattan-Projekts und ehemaliger Chefwissenschaftler des ehemaligen Luft- und Raumfahrtgiganten Rockwell International. Parkins erklärte, dass die technischen und finanziellen Hindernisse für die Fusion praktisch unüberwindbar seien. Und sicherlich erkennen viele Wissenschaftler und Ingenieure diesen Punkt an; Marmar schätzt, dass es 30 bis 35 Jahre und 75 bis 100 Milliarden US-Dollar dauern könnte, um die Fusionskraft in den kommerziellen Maßstab zu bringen. Aber er ist auch nicht bereit, sein Versprechen aufzugeben. “Derzeit geben wir weltweit rund 1,5 Milliarden US-Dollar pro Jahr aus”, sagt er. „Wir müssen das Tempo erhöhen. Ich denke, wir sehen einen ziemlich klaren Weg zur Fusionskraft, aber die Hindernisse sind nicht billig. “

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Fusionskraft kann also tatsächlich die Energiequelle der Zukunft sein. Angesichts der immensen Investitionen, die erforderlich sein werden, ist es jedoch sicher, dass andere nachhaltige Energiequellen den Markt erreichen, lange bevor die Fusion zum Tragen kommt.

In der Kälte stehen gelassen

Im Frühjahr 1989 schienen die Energieprobleme der Welt für kurze Zeit gelöst zu sein. Martin Fleischmann und Stanley Pons, Chemiker der Universität von Utah, gaben auf einer Pressekonferenz bekannt, dass es ihnen nach mehreren Jahren des Experimentierens gelungen ist, bei Raumtemperatur eine Kernfusion durch Elektrolyse von etwas „schwerem Wasser“ (Deuteriumoxid) zu erreichen , oder D2O) unter Verwendung von Elektroden aus Platin und Palladium. Der Prozess gab überschüssige Energie ab, die durch normale chemische Reaktionen nicht erklärt werden konnte, sagten sie.

Dies war eine elektrisierende Nachricht für die Wissenschaft, und in den folgenden Wochen versuchten Labors auf der ganzen Welt, die energiearme Kernreaktion von Fleischmann und Pons zu reproduzieren, die als kalte Fusion bezeichnet wurde. Die Forscher berichteten über weit gemischte Ergebnisse: Einige fanden überschüssige Hitze, aber nur unregelmäßig und selten; andere bemerkten erwartete Fusionsnebenprodukte wie Neutronenstrahlungsstöße, jedoch ebenfalls nur unregelmäßig; Wieder andere bemerkten das Auftreten eines erwarteten Fusionsnebenprodukts, Tritium, jedoch in verschwindend geringen Mengen. Viele Forscher fanden keinerlei Anzeichen für eine Fusion.

Innerhalb weniger Wochen stellte sich heraus, dass die beiden Männer bei ihren Experimenten einige schwerwiegende Verfahrensfehler begangen hatten – und bei der Erklärung, wie sie ihre Tests durchführten, nicht ganz aufgeschlossen waren. Der größte Teil der Aufregung über ihre neue „Entdeckung“ ließ schnell nach, aber einige Wissenschaftler testeten die Fusion bei Raumtemperatur weiter und berichteten manchmal von vielversprechenden Ergebnissen.

Heute behaupten die meisten Wissenschaftler, dass eine Kaltfusion nach den Gesetzen der Kernphysik einfach unmöglich ist. Trotzdem berief das Energieministerium im Jahr 2004 ein Gremium von 18 internationalen Wissenschaftlern ein, um den Stand des Wissens über die Kaltfusion zu überprüfen und zu beurteilen, ob es sich in einer Welt, die nach Wegen zur Schaffung sucht, um fundierte Wissenschaft, Pseudowissenschaft oder einfach nur Wunschdenken handelte saubere Energie. Letztendlich kamen zwölf der Diskussionsteilnehmer zu dem Schluss, dass es keinen wirklichen Beweis dafür gibt, dass jemals eine kalte Fusion stattfinden könnte. Aber fünf meinten, es sei vielversprechend, und einer war überzeugt, dass es sich um ein echtes Phänomen handelte. Obwohl einige Experimente fortgesetzt werden, scheint das Versprechen einer Kaltverschmelzung viel weiter entfernt zu sein als in jenen flüchtigen Wochen vor 17 Jahren.

Copyright Environ Press 2006

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