Das Rätsel um die "Kalte Fusion" und eine mögliche Theorie

Eigentlich wollte ich nur am energiepolitischen Konzept der Piratenpartei mitarbeiten, und habe mir zu diesem Zweck nochmals alle Energie liefernden Prozesse angesehen. Diese braucht mann, weil die Vorschläge der Grünen Partei sich allesamt auf des einsammeln in der Natur vorkommenden Energieströme beziehen. Lediglich Wasserkraft und Solarthermische Kraftwerke verfügen über ein begrenztes Vermögen, Energie geregelt abzugeben, wenn Sie gebraucht wird. Dabei habe ich auch die Kalten Fusion gegoogeld.

Bei der Kalten Fusion im Palladium handelt es sich um die Behauptung von M. Fleischmann und S. Pons, das man ein Stück Palladium Metall elektrochemisch so stark mit Deuterium beladen könne, das sich im Inneren des Metalls zwei Deuterium Kerne unter Energiefreisetzung zu einem Helium 3 und einem Neutron umsetzen. Dieses Behauptung ging 1989 um die Welt, konnten dann aber nicht man mehr von den beiden Autoren reproduziert werden. Was ich damals nicht wusste, das Bereits 1926 einen bericht von Fritz Paneth gab, der das Entstehen von Helium in Wasserstoff beladenen Palladium beobachtet haben will.

Auch nach 1989 wurden immer wider mal solche Beobachtung gemacht, konnten dann aber nie wirklich reproduziert werden. Zuletzt wurde so was von Yoshiaki Arata im Mai 2008 in einem Presse Kolloquium vorgeführt, ohne dafür aber eine Theorie vorweißen zu Können. Denn Elektronen sind wegen ihres geringen Gewichts und der quantenmechanischen Gesetze über ein so großes Raumgebiet verteilt, das Sie nicht geeignet sind, die elektrostatische Abstoßung der Deuterium Kerne abzuschirmen, und so die Fusion zu ermöglichen. Auch dann nicht, wenn es sehr viele von Ihnen in der Umgebung gibt, wie im Palladium Metall.

Ganz anderes sieht das mit den Myonen aus. Myonen sind Verwandte des Elektrons, nur das sie viel Schwerer sind. Sie sind 206.6 mal so schwer wie ein Elektron, und können sich deshalb auf eine weit engeres Raumgebiet zurückziehen als Elektronen. Die sind in der Lage, Deuterium zu Helium 3 fusionieren. Dieses wurde 1948 von Andrei Sacharow vorhergesagt und in der Folge auch bestätigt. Es gibt nur einen winzigen Hacken: In der Zeit von 2,2µs sind die hälfte von Ihnen zu einem Elektronen, ein Myonneutrino und ein Antielektronneutrino zefallen. Zwar läuft die Fussiongeschwindigkeit so schnell ab, das mehr Energie erzeugt werden könnte als zu Herstellung eines Myons gebraucht würde, aber bei einem geringen Teil der Reaktionen bleibt das Myon an dem entstehenden Helium kleben, so das im Mittel nur ca 167 Reaktionen stattfinden. Zu wenig, um einen Gewinn daraus zu schöpfen.

Myonen kommen, aufgrund der Höhenstrahlung, natürlich vor. Jeder Quadratzentimeter auf Meereshöhe wird im Mittel alle 220 Sekunden von einem negativ geladenen Myon, µ^-, Teilchen getroffen. Da schnelle Myonen Materie gut penetrieren, würde nur ein sehr geringer Anteil dieser Myonen in der Probe verbleiben. Was wären, wenn auch für die Fusion im Palladium die Anwesenheit mindestens eines Myons gebraucht würde? Dann wäre der Ausgang des Experiments von Zufall abhängig, und zwar so, das es nur sehr selten Funktionieren würde. Das würde insofern mit den beständigen gelegentlichen Beobachtungen welche sich dann aber nicht wiederholen lassen zusammenpassen.

Wenn ein Myon eine Bindung mit schweren Atom, wie zum beispiel Kupfer, eingeht, wird es sehr nahe an den Kern gezogen. Aufgrund seiner sehr viel grösseren Ruhemasse steht dann aber sehr viel Energie für Reaktionen mit dem Kern zur Verfügung, weil ja, nach Einsteins berühmter Formel, Energie gleich Masse mal dem Quadrant der Lichtgeschwindigkeit ist. E = m c². So zerfällt ein Myon im Kupfer mit einer Halbwertszeit von 0.163 µs, also rund 13.5 mal schneller!

Kling nicht wirklich aussichtsreich, aber: Ein blick in die Nuklidkarte zeigt eine interessante Anomalie. Während es vom Palladium 6 verschiedene stabiele Isotope, ¹⁰²Pd, ¹⁰⁴Pd, ¹⁰⁵Pd, ¹⁰⁶Pd, ¹⁰⁸Pd und ¹¹⁰Pd gibt, ist das Vorgänger Element Rhodium nur mit einem stabiels Isotop, das ¹⁰³Rh. Das ist Interesannt, den bei einem Einfang eines µ^- durh ein ¹¹⁰Pd ensteht ¹¹⁰Rh, das ganze 7 Neutronen mehr hat als das stabiele ¹⁰³Rh, was bedeutet, das vom Energieniveau deutlich über dem des stabilen ¹¹⁰Pd liegen dürfte. Ein blick in den Zerfallscharts zeigt, das ¹¹⁰Rh 5400 keV über ¹¹⁰Pd liegt. Die spanende Frage ist nun, reicht das, um einen Einfang eines Myon durch ¹¹⁰Pd zu verhindern.

Das Myon hat eine Ruhemasse, das heißt nach Einstein, eine Ruheenergie von 105600 keV. Davon geht die bei der Bindung des Myons an den Palladium Kern ¹¹⁰Pd freiwerde Energie ab. Die Bindungsenergie eines Elektrons in der K Schale des Palladium beträgt 24,35 keV. Daraus folgt, das die Bindungsenergie eines Myons nach dem Borschen Atommodell, das in die K Schale gefallen ist, 206.6 * 24,35 keV = 5030,71 keV; Foglich verbleiben 95169 keV die für den Zerfall zur Verfügung stehen.

Wenn ein Myon sich in einem 1S Orbital befindet, das sich zu einem nicht zu vernachlässigen Anteil im Inneren des Atomkerns aufhält, dann reduziert es die im Kern vorhandenen Abstoßung der Protonen, so das sich die Bindungsenergie vergrößert. Nach dem Tröpfchenmodell wird für die Columbenergie 600keV * Z² * A^-1/3 in Ansatz gebracht. Für ¹¹⁰Pd, Ordnungszahl 46, ergibt sich daraus 264973 keV. Reduziert sich Z durch Abschirmung um 1/10 e, so erechnet sich 263822 keV, so das durch Vergrößerung der Bindungsenergie im Kern, durch den Myonenzerfall 94018 keV frei werden. Beim Kupfer ist dieser Wert grösser, weil sowohl die Columbenergie im Kern geringer ist, als auch die Bindungsenergie des Myons als auch die Energiestufe zum Kern nach dem Myonen Einfang, so das die Halbwertszeit im Palladium, trotz nicht ganz doppelter Zahl zur Reaktion zur Verfügung stehender Protonen die des Kupfers nicht wesentlich unterschreiten sollte.

Das Myon im 1S Orbital könnte den Deuteriumkern durch Abschirmung in die Nähe des ¹¹⁰Pd bringen. Das ¹¹²Ag liegt mit 4000 keV energetisch deutlich über dem Boden des Tals der Stabilität, so das das Deuterium nicht einfach in den Atomkern einverleibt werden kann. Es muss also in Kernnähe verbleiben, so das bei der Myonenkatalsierten Fusion mit einem anderen Deuterium ein Rückstoßpartner vorhanden ist. Das ist in sofern wichtig, als das normalerweise aus 2 Deuterium Kernen ein temporärer Helium 4 Kern gebildet wird, der dann ein Neutron und ein Helium 3 zerfällt. Der Zustand des Helium 4 würde erheblich mehr Energie liefern, jedoch werden bei der Fusion im Freien Raum zwei Reaktionsprodukte gebraucht, um dem Impuls- und Energieerhaltungssatz zu genügen. Bei einer Reaktion in der Nähe eines Palladium Kerns könnte dieser als Rückstoßfänger dienen.

Das hätte einige sehr wichtige Konsequenzen: (1) Es enstehen keine Neutronen. Das ist in sofern wichtig, als das Neutronen die Pest der Kernenergie sind. Sie machen annähernd alles mit dem Sie in Berührung kommen durch Kernreaktionen Radioaktiv. Da sie elektrisch neutral sind, können Sie besonders gut in Atomkerne eindringen, und diese entsprechend verändern. Es würde sich um eine absolut Saubere form der Kernenergie handeln. (2) Es würde erklären, warum keine Neutronen bei den Experimenten zur Kalten Fusion gefunden wurden. Einfach deshalb, weil es einfach keine Gibt!

Wenn aber schon das optimale Experiment in dem Aufbau von Andrei Sacharow nicht genug Energie liefert, um mindestens ein neues Myon herzustellen, warum sollten einzelne Myonen im Palladium so viel mehr bewirken, so sie doch 20 Mal so schnell zerfallen. Wenn ich davon ausgehe, das das Myon primär an das Palladium gebunden ist, so würde aber die finale Bindung des Myons an das entstehende Reaktionsprodukt ⁴He verhindert, welche in dem von Andrei Sacharow vorgeschlagenen Szenario die Energie ausbeute limitiert. Wenn die Palladium Kerne oder zumindest einzelne Isotope den Rückstoß des mit der freiwerdenden Fusionsenergie beschleunigten ⁴He aufnimmt, dann würden diese selbst in eine nicht unerhebliche Bewegung graten, so das die Kombination ¹¹⁰Pd + µ^- in kurzer Zeit auch etliche Deuterium Kerne treffen würde, an denen das Myon seine katalytische Wirkung entfalten kann und wie eine pico-Atombombe wirkt, die zu klein ist um eine nach außen wahrnehmbare Explosion zu erzeugen, aber Genug Energie freisetzt, um eine makroskopische Wirkung zu haben.

In Anbetracht der möglichen wirtschaftlichen Tragweite des Phänomens sollte man mal zwischen zwei Versuchen einen mit Deuterium beladenen Block aus Palladium vorsichtig in den kalten Myonen strahl des psi bringen und nachsehen ob der von etlichen Menschen beschriebene spukhafte Effekt dadurch nicht deutlich und reproduzierbar wird! Sieht so aus, als ob das noch keiner Versucht hat Deutsch Englisch

Ein Energiepolitishes Konzept

Die Zentrale Frage eines jeden Energiepolitischen Konzeptes ist, wenn man der veröffentlichten Meinung folgt, die Frage des Treibhauseffekts. Dabei handelt es sich um die Erwärmung der Erde durch das bei Verbrennungsvorgängen entstehende Gas CO₂, welches das Reaktionsprodukt des Kohlenstoffes mit dem Sauerstoff der Luft ist. Dieses Gas absorbiert bestimmte Frequenzen des Infrarotlicht für das die Atmosphäre der Erde ansonsten transparent ist. Damit hält es Wärme auf der Erde zurück, welche ansonsten in den Weltraum mit seiner Hintergrundtemperatur von 4 °K entweichen würde.

Die in diesem Zusammenhang gestellten Fragen sind die Folgenden: Erstens: Gibt es überhaupt eine Erwärmung? Diese Frage ist, wenn man den Zeitraum der letzten 300 Jahre betrachtet, recht eindeutig mit ja zu bewerten, allerdings gab es Zeiten, wo das Klima auch schon wärmer war, zum Beispiel im 9 Jahrhundert als Grönland seinen namen als grünes Land bekam. Draus folgt dann die Zweite Frage, nämlich ob diese Erwärmung vom Menschen verursacht wurde. In der Tat hat der Mensch die Konzentration des CO₂ in der Atmosphäre verdoppelt. Es ist aber nicht so, das die Atmosphäre dadurch doppelt so trübe würde, wie wenn man die Konzentration von schwarzer Tinte in einem Aquarium verdoppelt. Vielmehr ist es so, das die meisten vom CO₂ absorbierten Wellenlängen des Licht von der natürlicherweise vorhandenen Konzentration des CO₂ bereits zu 100% geschluckt werden, und diese Bereiche nur ein wenig breiter werden. Neben der Energiegewinnung gibt es dann noch weitere Verdächtige, z.B. FCKW aus Klimageräten oder Methan aus den Mägen von Wiederkäuern. Dem stehen gewaltige Schwankungen des Erdklimas gegenüber, die in Absoluten Werten und Änderungsgeschwindigkeiten weit über das hinausgehen, was gegenwärtig vorgeht, und aus der fernen Vergangenheit stammen, als noch gar keine oder nur sehr wenige Menschen gab. Insofern ist die Idee, welche der gesamten Klimadiskussion implizit zugrunde liegt, daß das Klima der Erde natürlicherweise konstant ist, ein absurder Irrtum. So war z.B. das Jahr 1816 etwa ein sehr kaltes Jahr mit Schnee im Juni, weil ein heftiger Vulkanausbruch ein Teil des Sonnenlichts verdunkelt hat.

Für die politische Willensbildungen hingegen ist die Frage mittlerweile eigentlich obsolet geworden. Grüne Ökohysteriker haben mittlerweile so vielen Leuten den Kopf verdreht, das es aus sozialen Gründen nötig wird, der Emission von CO₂ entgegenzuwirken, damit diejenigen, welche sich keine neue Technik leisten können, ihre alte Technik weiter nutzen können.

Die Energieerzeugung ist in drei Teilbereiche aufzugliedern. Elektrische Energie, Antriebsenergie führ Fahrzeuge und Energie für die Heizung von Räumen. Bei der Elektrischen Energie muß man zunächst die Nomenklatur erweitern. Unseren ökosozialistischen Freunde von der Grünen Partei verkaufen uns hartnäckig Windstrom und überteuerten Photovoltaikstrom als Energiequelle der Zukunft. Das Problem ist nur, diese sogenannten "Kraftwerke" liefern elektrischen Strom nur dann, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint - bei Nebel passiert nichts von dem! Diese Kraftwerke liefern also keinen Strom im Bedarfsfall, wie das eine Batterie oder ein Kraftwerk tut, sondern liefern diesen nur nach eigenen Ermessen, so wie ein Stromverbraucher seinen Strom dann aus dem Netz zieht, wenn er gebraucht wird. Insofern wäre es sinnvoll von Wind- und Photovoltaikstrom von negativen Verbrauchern zu sprechen. Sie sind zwar in der Lage andere Verbraucher durch Energielieferungen zu kompensieren, aber man braucht wie bei normalen Verbrauchern auch für diese Regelkapazität. Diese ist sehr Teuer, und wird bei den Preisargumentationen der Wind Aktivisten stehts bewusst vergessen.

Negative Verbraucher könnten durch Lasten, welche gezielt vom Netzwerkadministrator ein und Ausgeschaltet werden können, nutzbar gemacht werden. Solche Lasten haben die Eigenschaft eines negativen Kraftwerks, weil durch gezielte Abschaltung elektrische Energie freigesetzt werden kann. Die am meisten Verbreiteten schaltbaren Lasten sind Speicherheizungen, welche aber gerade durch die Grüne Politik gesetzlich zum Aussterben selektiert worden sind. Ersatz weiße könnten andere Geräte wie Gefrierschränke oder Waschmaschinen einspringen, wenn per Langwellenrundfunk die Programme der Geräte von EVU verzögert werden können. Hier gilt es eine geeignete Infrastruktur zu schaffen, mit der eine Vergütung der EVU den Gerätepreis reduzieren kann, so das der Verbraucher für seine Geduld dann auch belohnt wird.

Welche Möglichkeiten mit CO₂ Emissionsfreiheit zur Stromerzeugung in Kraftwerken gibt es denn nun? Die älteste, die Wasserkraft, ist bei uns recht weitgehend ausgeschöpft. Eine neue Form werden Meeresströmungskraftwerke sein, nur sind die nur für Länder wie England, Irland, Frankreich, Spanien, Norwegen, Türkei, ... interessant, welche an geeigneten Strömungen liegen. Die nächste wichtige Energiequelle diese Art ist die Atomkraft. Um einen Ausstieg aus den Ausstieg zu Erzielen, ist es nötig, überzeugendere Sicherheitskonzepte zu finden. Meines Erachtens sollte man schnelle Brüter am Ort des Endlagers tief im Erdinneren bauen. Ich kann mich erinnern in einer Vorlesung was über eine Kernschmelze eines Versuchs Reaktors in der Schweiz in den 1950zigern gehört zu haben, die aber dank der unterirdischen Betriebsweise ohne Folgen blieb. Die Forschung über die Nutzung der Kernfusion, welche wesentlich geringere GAU-gefahren hat, ist voranzutreiben.

Die Kohlelobby versucht Ihr Produkt auch durch unterirdische Lagerung des CO₂ zukunftsfähig zu machen. Nur das ist gar nicht so ungefährlich, wie die Katastrophe am Nyos See in Kamerun vom August 1986 zeigte. Diese Gefahr bleibt im übrigen auf unendliche Zeit bestechen, weil das CO₂ eine chemisch sehr inerte Chemikalie ist. Ein Ausbruch kann sich auch noch in Millionen von Jahren ereignen, wenn die Radioaktivität aus den AKW längst abgeklungen ist. Keine wirklich gute Idee.

Zukunftsfähig ist die Sonnenenergie, aber nicht in der hierzulande massiv geförderten Form der Photovoltaik, sondern in Gestallt von solarthermischen Kraftwerken. Diese können die Energie Preisgünstig in form von Wärme zwischenspeichern und sie dann im Bedarfsfall abgeben. Allerdings sind auch hier wieder eher die anderen Länder in der EU dir Profiteure. Spanien, Griechenland sowie die Staaten der Sahara. Bei letzteren ist aber die politische Stabilität sehr fraglich. Größere Investitionen in diese Richtung kommen nur in Frage, wenn umfangreiche politische Garantien gegeben werden, und diese Länder auch reichlich eigenes Ölgeld in die Anlagen investieren. Desweiteren werden Regelungen gebraucht, die es den EVU's erlauben neue 2000kVolt Freileitungen mit entsprechend großen Masten zu bauen, welche die enormen Energiemengen über die riesigen Strecken zu transportieren vermag, ohne das der Transportverlust und -preis zu groß wird.

Wie sieht es mit der Kraftstoffen für Fahrzeuge aus? Ich denke, das die Zukunft elektrifizierte Strassen bringen wird. Aber nicht wie bei der Eisenbahn und den O-Bussen, das überall Oberleitungen installiert werden. Vielmehr werden Elektroautos in der Zukunft eine Reichweite von circa 30 km mit Batterien haben, so das sie Fahrten in Orten ohne neue Infrastruktur bewältigen können. Nur auf den Fernstraßen, also typischerweise Autobahnen und Kraftfahrstraßen, wird es Möglichkeiten geben, die Autos während des Fahrens nachzuladen. Ich denke dabei an den Linearmotor des Transrapid. Dieser könnte auf vier weißen gleichzeitig Energie auf die Autos übertragen: (1) Aufbau kinetische Energie durch Beschleunigung z.B. in den Auffahrten oder am Ortsausgang. Spätere Bremsungen über den Elektromotor können dann die Batterie laden (2) Aufbau potentieller Energie durch das Berg aufschleppen der Fahrzeuge. Späteres Bremsungen über den Elektromotor beim Berg abfahren können dann ebenfalls die Batterie laden (3) Während des überfahren des Linearmotors kann der Elektromotor durch dem Antrieb entgegengesetztes Bremsen ebenfalls Strom für die Batterie erzeugen. (4) Für hochwertige Fahrzeuge und LKW kann der Linearmotor, sofern ein geeigneter Empfänger vorhanden ist, Strom auch direkt auf das Fahrzeug übertragen. Deshalb wird bei geeigneter Wahl der Standorte die Verlegung der Linearmotore nur auf einem Bruchteil von einigen Prozent der Fernstraßen gebraucht. Da diese Planung eng mit der Dimensionierung der Batterien verwoben ist, sollten die Eckwerte in nicht allzuferner Zukunft feststehen.

Bleiben die Flugzeuge. Hier empfiehlt sich der Wasserstoff, schon wegen seines geringen Gewichts. Das macht einen Teil des Verlustes der bei der Herstellung des sekundären Energieträgers entsteht, wieder wett. Dieser kann z.B. auch von Ländern mit großen Wüsten solarthermisch erzeugt werden, die weit vom Schuss sind, wie z.B. Australien.

Für die Heizung kommen Solarthermische Kollektoren für die Übergangszeit in frage. Trübe Kalte Tage mitten im Winter werden aus Wirtschaftlichen Gründen eine Zuheizung erfordern, wobei für einen Großteil der Bevölkerung aus Preisgründen nur ein Kohlenstoffhaltiger Brennstoff in Frage kommt.

Dieses Konzept habe ich bei der Piratenpartei als Änderungsantrag des Parteiprogramms eingestellt. Genial, so was kann jeder machen!