Die Elektrochemiker Stanley Pons und Martin Fleischmann forschten damals an der Universität von Utah in Salt Lake City, USA. Im März 1989 verkündeten sie auf einer Pressekonferenz, dass ihnen auf ihrem Labortisch vermutlich die Kernfusion von schwerem Wasserstoff (Deuterium) gelungen sei. Diese kalte Kernfusion hätte demnach bei Zimmertemperatur stattgefunden, während dies eigentlich nur bei Temperaturen wie in der Sonne möglich sein sollte (heiße Kernfusion, vgl. Kernfusion im Überblick). Falls die Behauptung der beiden Wissenschaftler wahr ist, kann mit geringem Aufwand und geringen Kosten eine weitgehend saubere und unerschöpfliche Energiequelle angezapft werden. Es verdichten sich die Hinweise, dass an der Behauptung etwas dran ist.

Die Behauptung: Bei der Elektrolyse von schwerem Wasser (D2O) gibt die Palladium-Elektrode mehr Energie ab, als elektrisch in sie hineingesteckt wird. Die Überschussenergie wird durch Kernverschmelzung von je zwei Kernen des schweren Wasserstoffs (Deuterium) zu Helium erzeugt.

Die Indizien: sind der gemessene Temperaturanstieg und mangelnde andere Erklärungen des Energieüberschusses, zum Beispiel durch chemische Reaktionen.

Der Einwand: Es gab keine erkennbaren oder gemessenen Reaktionsprodukte, die auf eine Kernreaktion hindeuten.

Die Spekulation: Die Kerne des schweren Wasserstoffs (Deuteronen) verschmelzen durch einen unbekannten und unauffälligen Mechanismus zu Helium.

Die Reproduktionsversuche: Es wurde versucht, das Experiment von Pons und Fleischmann nachzuvollziehen. Sporadisch wurden Erfolge gemeldet, größtenteils jedoch Misserfolge. Bereits nach wenigen Wochen kristallisierte sich bei den Wissenschaftlern weltweit das Urteil heraus.

Das Urteil: Bei dem von Pons und Fleischmann beschriebenen Effekt muss es sich um einen Fehler des Experiments handeln, weil:
1. Es ist kein Mechanismus bekannt, der die Deuteronen bei Zimmertemperatur gegen ihre elektrischen Abstoßungskräfte so nahe zusammenbringt, dass sie verschmelzen.
2. Falls sie sich doch irgendwie einander genügend nähern können, werden die üblichen Reaktionsprodukte erwartet, hauptsächlich Tritium, Protonen, Helium-3 und Neutronen.
3. Bei der Verschmelzung zu Helium-4 wird Gammastrahlung frei, die weder direkt noch indirekt nachgewiesen wurde.
4. Ein unbekannter Reaktionsmechanismus wird von vornherein ausgeschlossen.

Bemerkung zur Reproduzierbarkeit

Ergebnisse wissenschaftlicher Experimente müssen reproduzierbar sein, sie sollen also von anderen unabhängigen Forschern mit vergleichbaren Ergebnissen durchführbar sein. Das ist eine Bedingung wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns. Denn ein Experiment, das nicht nachvollziehbar ist, hat keine Aussagekraft. Seine Ergebnisse könnten auf Messfehlern, Schlamperei, Fehlinterpretationen, Selbsttäuschung, Täuschung und so weiter beruhen. Ein nicht oder sporadisch wiederholbares Experiment könnte allerdings auch auf ein neu entdecktes und unverstandenes Naturphänomen hindeuten. Einen Effekt, dessen Ursache niemand versteht, kann man nicht unbedingt kontrolliert hervorrufen.

Übrigens: Wer nie ausgetrampelte Denkpfade verlässt, wird nichts Neues entdecken.

Kalte Kernfusion. Das Metall Palladium kann in sein Kristallgitter (blau) viel Deuterium (rot) aufnehmen. Ist es möglich, dass unter bestimmten Bedingungen Deuteriumkerne mithilfe des Palladiums schon bei Zimmertemperatur verschmelzen?

Forschung im Hintergrund

Trotz der Ablehnung durch die wissenschftliche Hauptströmung, wurde weltweit die vermutete kalte Fusion weiter erforscht. Inzwischen gibt es eine unüberschaubare Zahl wissenschaftlicher Experimente und Veröffentlichungen zu diesem Thema. Es wurden verschiedene experimentelle Ansätze verwendet. Vielfach wurde deutliche Überschusswärme produziert. Ebenso wurden bei den Experimenten chemische Elemente registriert, die vorher nicht da waren, zum Beispiel Tritium. Teilweise wurde Röntgen- oder Neutronen-Strahlung nachgewiesen. Im Internet werden die Dokumente unter der Adresse http://www.lenr-canr.org gelistet und teilweise zum Download bereitgestellt.

Häufig wird die kalte Kernfusion durch folgende Begriffe umschrieben: niederenergetische Kernreaktionen, low energy nuclear reactions (lenr), chemisch unterstützte Kernreaktionen, chemical assisted nuclear reactions (canr).

2004 wurde die kalte Kernfusion erneut vom US-Energieministerium unter die Lupe genommen. Mehrere wissenschaftliche Arbeiten zum Thema wurden von Experten begutachtet. Deren abschließende Beurteilung lässt sich etwa so zusammenfassen: Überschussenergie wird möglicherweise tatsächlich erzeugt. Ob sie durch niederenergetische Kernfusion hervorgerufen wird, konnte bisher nicht einwandfrei nachgewiesen werden. Es besteht weiterer Forschungsbedarf.

Experimentelle Methoden

Seit 1989 werden verschiedene experimentelle Ansätze der kalten Fusion untersucht, die sich mehr oder weniger stark vom ursprünglichen Versuchsaufbau unterscheiden. Auch dabei wurden und werden anomale Effekte wie Überschussenergie und vermutete Kernreaktionen dokumentiert. Unter anderem wird experimentiert mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien, leichtem statt schweren Wasser, stark erhöhter Elektrolysetemperatur, Laser- und Hochfrequenz-Einstrahlung sowie Plasmaelektrolyse. Anomale Energie und Reaktionsprodukte werden auch bei Methoden registriert, die keine Elektrolyse anwenden, beispielsweise wenn Palladiumpulver unter Druck sehr reinem Deuteriumgas ausgesetzt wird.

Herausgefunden werden muss, unter welchen Bedingungen Überschusswärme erzeugt wird oder ungewöhnliche Reaktionsprodukte auftreten. Zu den Versuchsbedingungen der Elektrolyse beispielsweise gehören die elektrische Stromdichte, das Kathodenmaterial (Verunreinigungen, Legierung, Oberflächenstruktur usw.), die Temperatur und die Sättigung des Palladiums mit Deuterium.

Produkte aus eventuellen Kernreaktionen

In einem heißen Plasma (übliche Kernfusion, heiße Fusion), beispielsweise in der Sonne, kann Deuterium mit Deuterium verschmelzen zu Tritium (T: 1 p, 2 n), Helium-3 (He3: 2 p, 1 n) oder Helium-4 (He4: 2 p, 2 n). Bei dieser heißen Fusion wird Energie freigesetzt und jeweils ein Proton, Neutron oder Gammaquant ausgesendet. Drei Reaktionswege sind möglich:

Bei der kalten Kernfusion wurden folgende Reaktionsprodukte registriert.

Helium-4 wurde bei einer Reihe von Experimenten nachgewiesen. Bei der heißen Fusion von zwei Deuteriumkernen zu Helium-4 wird Gammastrahlung frei, die bei der kalten Fusion anscheinend fehlt. Die Gammastrahlung ist notwendig, damit Energie und Impuls vor und nach der Kernreaktion gleich sind. Ein theoretisches Modell der kalten Fusion muss daher andere Mechanismen bereithalten, die für eine ausgeglichene Energie-Impuls-Bilanz sorgen.

Tritium wurde nur in wenigen Fällen nachgewiesen, und seine geringe Menge entspricht nicht der jeweils gemessenen Überschussenergie.

Neutronen wurden meistens in Form von Strahlungsausbrüchen nachgewiesen.

Weitere Reaktionsprodukte wurden bei einigen Experimenten dokumentiert. Dabei handelt es sich teilweise um radioaktive Isotope mit kurzer Halbwertszeit. Meistens wurden jedoch Metalle in Konzentrationen nachgewiesen, die sich nicht durch Verunreinigungen erklären lassen. Da hierbei Umwandlungen chemischer Elemente vermutet werden, wird eine solche Reaktion auch Transmutation genannt. Das ist schwer zu glauben. Aber es geht hier nicht um Glauben. Es soll herausgefunden werden, ob dieser Effekt tatsächlich stattfindet, und falls dies so ist, wie und warum er stattfindet.

Offene Fragen

Das theoretische Modell, dass niederenergetische Kernreaktionen erklären soll, muss mehrere kritische Fragen beantworten können.
1. Wie werden die elektrostatischen Abstoßungskräfte der Atomkerne überwunden, ohne dass eine entsprechend hohe Energie zugeführt werden muss?
2. Wie wird die bei der Kernverschmelzung frei werdende Energie abgeführt, ohne dass entsprechend energiereiche Strahlung ausgesendet wird?
3. Welche speziellen Bedingungen lösen die kalte Kernfusion aus?

Um diese Fragen zumindest teilweise zu beantworten, wurden viele Modellvorstellungen entwickelt. Beispiele:
• Mehr oder weniger freie Neutronen im Material unterstützen den Fusionsprozess. Denn da Neutronen anders als Protonen elektrisch neutral sind, werden sie von anderen Kernteilchen nicht elektrisch abgestoßen.
• Mehrerer Deuteriumkerne wechselwirken gleichzeitig und ermöglichen die kalte Fusion innerhalb dieses Clusters (Vielkörper-Fusion, multi-body fusion).
• Die Schwingungen des Kristallgitters (Phononen) der Kathode bringen die Deuteriumkerne nahe zusamenbringt.
• und viele andere mehr
Die erschöpfende Theorie der niederenergetischen Kernreaktionen, die alle Fragen beantwortet und mit deren Hilfe sich der Fleischmann-Pons-Effekt leicht reproduzieren oder sogar verstärken lässt steht noch aus.

Übrigens: Die Hypothese der Skeptiker, dass alle Hinweise auf kalte Kernfusion experimentelle Fehler sind, ist bisher nicht bewiesen.