Der Kernreaktor in ihrem Keller

19. Februar 2013
Bob Silberg, JPL/NASA

Möchten Sie Ihren Warmwasserbereiter durch einen Kernreaktor ersetzen? Das ist es, wobei Joseph Zawodny, ein leitender Wissenschaftler am Langley Research Center der NASA, helfen möchte. Sie würden die enorme Kraft des Atoms nutzen, um heißes Wasser für ihr Bad, warme Luft für ihr Heizsystem und mehr als genug Strom für den Betrieb ihres Hauses und natürlich ihres Elektroautos bereitzustellen.

Wenn sich ihre Gedanken nun sogleich nach Fukushima oder Three Mile Island oder Tschernobyl aufgemacht haben, lassen Sie sich von mir beruhigen. Zawodny schlägt nicht vor, dass Sie sich einen solchen Reaktor in ihr Haus stellen. Was er vor Augen hat, ist ein Generator, der einen Prozess namens Low Energy Nuclear Reactions nutzt, manchmal auch als Lattice Energy Nuclear Reactions bezeichnet. Wir nennen ihn einfach LENR.

Was ist LENR und wie könnte es eines Tages all ihren Energiebedarf decken, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Nachbarn in die Luft gejagt, eingeschmolzen oder bestrahlt werden?

Kernenergie auf den Punkt gebracht

Die Kerngeneratoren, die derzeit einen Teil des weltweiten Stroms liefern, verwenden eine Art Spaltung, bei der ein sehr schwerer Kern (d. h. einer mit vielen Protonen und Neutronen) wie Uran in zwei oder mehr leichtere Kerne zerfällt und dabei Energie freisetzt.

Die Sonne und alle anderen Sterne nutzen die Kernfusion, bei der zwei leichte Kerne (wie die des Wasserstoffs) in einer Umgebung mit sehr hoher Temperatur und hohem Druck miteinander verschmelzen, was die gegenseitige Abstoßung ihrer positiven Ladungen überwindet. Auch hier wird Energie freigesetzt ‒ noch mehr als bei der Spaltung. Wir wissen, wie man die Fusion in Wasserstoffbomben nutzt, aber bisher fehlt uns die Technologie, um sie für zivilisiertere Zwecke zu nutzen.

In den 1980er Jahren verkündeten zwei Wissenschaftler namens Stanley Pons und Martin Fleischmann, dass sie ein Verfahren der „Cold Fusion“ entwickelt hatten, das auf chemischem Wege ‒ ohne die hohe Temperatur oder den hohen Druck von Sternen und Bomben ‒ zu einer Fusion führen konnte. Es gab keine Theorie, die erklärte, wie dies möglich sein könnte, und andere Wissenschaftler waren nicht in der Lage, die Experimente zuverlässig zu reproduzieren, so dass für die meisten Physiker die Kalte Fusion unglaubwürdig war. Einige Wissenschaftler haben an dieser Idee jedoch weitergearbeitet und nennen sie manchmal „LENR“. Aber nicht diesen Prozess untersucht Dr. Zawodny.

„Es gibt viele Leute, die versuchen, einfach etwas zu bauen, ohne etwas davon zu verstehen“, sagte Zawodny. „Es hat bei Edison und der Glühbirne funktioniert, aber es hat lange gedauert und das war ein einfaches System. Dies hier ist sehr komplex. Und wenn sie etwas bauen, das geradeso funktioniert, und aus Versehen funktioniert es bei einem von tausend Malen wirklich, wirklich gut, dann werden sie mit ihrer Methode von Versuch und Irrtum irgendwann ein Haus zum Einsturz bringen.“

Theoretisch kann ein Metall (grau), das Wasserstoffionen (violett) so wie ein Schwamm Wasser aufgenommen hat, (Metallhydrid genannt) als potenzieller Kraftstoff für LENR dienen.

>> Theoretisch kann ein Metall (grau), das Wasserstoffionen (violett) so wie ein Schwamm Wasser aufgenommen hat, (Metallhydrid genannt) als potenzieller Kraftstoff für LENR dienen. <<

„Mehrere Labors sind beim Studium von LENR in die Luft geflogen und Fenster sind geschmolzen“, so Dennis Bushnell, Chefwissenschaftler in Langley, in einem Artikel, den er für die NASA-Website Future Innovation schrieb. Dies, schrieb er, deute darauf hin, dass, „wenn die Bedingungen ‚geeignet‘ sind, gewaltige Mengen an Energie erzeugt und freigesetzt werden können“. Es ist aber auch ein Argument für den Ansatz, den die Langley-Forscher bevorzugen: Beherrsche zuerst die Theorie.

Die Offenbarung

„Für die NASA in Langley war“, gemäß Bushnells Artikel, „der Moment der Offenbarung für LENR die Veröffentlichung der Widom-Larsen Weak Interaction LENR Theory“ im Jahre 2006. Nach Zawodny und Bushnell liefert diese Theorie eine bessere Erklärung für die Ergebnisse, die die Forscher in den letzten Jahrzehnten erzielt haben, als die „Kalte Fusion“. Und sie könnte noch viel mehr erklären. Bei einem Treffen der American Nuclear Society im November 2012 spekulierte der Mitentwickler der Theorie, Lewis Larsen, dass LENR auf natürliche Weise in Blitzen vorkommt ‒ nicht nur auf der heutigen Erde, sondern auch in der Urwolke aus Gas und Staub, die zu unserem Sonnensystem wurde. Wenn dies zutrifft, könnte LENR ein Rätsel lösen, das durch die NASA-Mission Genesis aufgedeckt wurde, dass sich nämlich das Muster der Sauerstoffisotope auf der Sonne stark von dem auf der Erde unterscheidet.

Die theoretischen Grundlagen von LENR sind komplex, aber das Wesentliche ist ziemlich einfach zu verstehen. Anstatt einen Atomkern zu spalten oder zwei sich gegenseitig abstoßende Kerne zusammenzurammen, bietet Widom Larsens LENR einem Atomkern einfach ein sich sehr langsam bewegendes Neutron. Laut Zawodny schlürfen Kerne mit trägen Neutronen dieses auf, so wie ein hungriger Texaner eine Schüssel Chili. Aber wie so manche Chili-Konsumenten können die Kerne feststellen, dass sie durch seinen Genuss instabil werden. Und obwohl ich zu höflich bin, um die Chili-Metapher über diesen Punkt hinaus fortzusetzen, stellen die Kerne fest, dass Emissionen ihre Not lindern.

Von seltenen Ausnahmen abgesehen, so Zawodny, spuckt ein Kern, der zu viele Neutronen verspeist hat, ein Elektron aus, das durch Aufspalten eines seiner Neutronen in ein Elektron und ein Proton (und ein Antineutrino, aber das können wir ignorieren) entsteht. Wo es also einmal ein zusätzliches Neutron hatte, was es zu einem instabilen Isotop eines beliebigen Elements machte, hat es jetzt stattdessen ein zusätzliches Proton, was es zu einem stabileren Isotop eines anderen Elements macht. Dieser Prozess setzt Energie frei, die hypothetisch zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

>> Konzepte für ein von der NASA und Spaceworks entwickeltes durch LENR angetriebenes Weltraumflugzeug. <<

Nach Zawodny liegt die Herausforderung der Realisierung am Anfang des Prozesses, bei der Erzeugung dieser ultra-langsamen Neutronen, ohne dass mehr Energie aufgewendet wird, als der Prozess liefert. Es gibt mehrere hypothetische Versionen der Prozedur, aber hier ist ein gutes Beispiel:

Wir beginnen damit, Nickel so zu verarbeiten, dass es Wasserstoff aufnehmen kann, wie ein Schwamm Wasser aufnimmt. Der Wasserstoff ist ionisiert, was bedeutet, dass bei jedem Wasserstoffatom das Elektron abgestreift wird und nur ein Proton übrig bleibt.

Elektronen im Metall werden so in Schwingungen versetzt, dass die in Zehntausenden von ihnen gespeicherte elektromagnetische Energie auf einige wenige übertragen wird. Dadurch erhalten sie genügend Energie, um sich mit nahegelegenen Protonen (den Wasserstoffionen) zu verbinden und sich langsam bewegende Neutronen zu bilden . Diese Neutronen werden, wie bereits erwähnt, sofort von den Kernen der Metallatome eingefangen, wodurch eine Kette von Ereignissen in Gang gesetzt wird, die das Nickel in Kupfer umwandelt und nützliche Energie freisetzt.

Die 1-Prozent-Lösung

Ein Prozent des jährlich abgebauten Nickels könnte nach Schätzungen von Bushnell den weltweiten Energiebedarf zu einem Viertel der Kohlekosten decken.

Es gibt auch andere interessante Optionen, wie die Umwandlung von Kohlenstoff in harmlosen Stickstoff, den Hauptbestandteil unserer Atmosphäre. „Ich weiß nicht, was sauberer sein könnte“, sagte Zawodny. „Sie binden keinen Kohlenstoff, sondern entfernen den Kohlenstoff vollständig aus dem System.“ In der Tat wäre dies eine großartige Möglichkeit, einige giftige Kohlenstoffverbindungen zu entsorgen, wie sie in elektrischen Transformatoren verwendet wurden. „Es ist nur ein übler Schlamm, von dem keiner weiß, was er damit machen soll“, sagte er. „Das ist theoretisch perfekter Treibstoff.“

Also, was ist das Problem? Die Erzeugung der richtigen Schwingung. „Es stellt sich heraus, dass die Frequenzen, auf denen wir arbeiten müssen, in einem Tal liegen, das ich als unzugänglich bezeichne“, sagte Zawodny. „Zwischen 5 oder 7 THz und 30 THz haben wir keine wirklich guten Quellen, um unsere eigene kontrollierte Frequenz zu erzeugen.“

Die Lösung dieses Problems kann jedoch warten, bis die Theorie besser verstanden wird. „Aus meiner Sicht handelt es sich immer noch um ein physikalisches Experiment“, sagte Zawodny. „Ich bin daran interessiert zu verstehen, ob das Phänomen real ist und worum es überhaupt geht. Dann besteht der nächste Schritt darin, die Regeln für das Engineering zu entwickeln. Sobald Sie das haben, werde ich den Ingenieuren den ganzen Spaß überlassen.“

Und er ist sich sicher, dass, wenn sich die Widom-Larsen-Theorie als richtig herausstellt, Ressourcen zur Unterstützung der notwendigen technologischen Durchbrüche einfluten werden. „Wir brauchen wirklich nur einen unwiderlegbaren, reproduzierbaren Beweis dafür, dass wir es mit einem funktionierenden System zu tun haben“, sagte Zawodny. „Sobald du das hast, wird jeder sein Vermögen darauf setzen. Und dann möchte ich eines dieser Dinger kaufen und es in mein Haus stellen.“

Weitere Informationen zu energiebezogenen Innovationen bei der NASA und Caltech finden Sie unter climate.nasa.gov/EnergyInnovations/.