Kan fusjon ved romtemperatur gi gratis energi?

Oppstillingen av glassrør, kolber og ledninger så mest av alt ut som noe man selv kunne ha snekret sammen hjemme på kjøkkenbenken. Men når forskerne skrudde på svak strøm, avga oppstillingen varme og dannet mer energi enn den ble tilført.

De to elektrokjemikerne Martin Fleischmann og Stanley Pons, som utførte forsøket i 1989, var overbevist om at de hadde kopiert solens fusjonsprosesser – men ved vanlig romtemperatur.

Forsøket skapte enorm oppmerksomhet, for hvis det var sant, kunne man produsere energi nesten gratis. Men begeistringen ble raskt avløst av skepsis da andre forskere forgjeves prøvde å gjenskape den kalde fusjonen. Den dag i dag er det usikkert hva som egentlig foregikk i de to forskernes laboratorium – men kanskje var de likevel inne på noe.

Forsøk, blant annet støttet av Google, tyder nemlig på at det faktisk er mulig å skape varme med metoden til Fleischmann og Pons. Flere forskergrupper over hele verden er nå i gang med å videreutvikle de opprinnelige eksperimentene slik at vi kanskje en dag kan løse energiproblemene våre uten å belaste verken lommeboken, klimaet eller miljøet.

Fusjon trenger 15 millioner grader

Den enorme varmen som stråler mot oss fra solen, er resultatet av noe av det nærmeste vi kommer en evighetsmaskin.

I stjernens kjerne smelter hydrogenkjerner sammen til helium, og det fører til en kolossal varmeutvikling. Den ekstremt høye temperaturen, omkring 15 millioner grader, er forutsetningen for at fusjonsprosessen kan holdes i gang slik at nye atomkjerner smelter sammen.

I flere tiår har forskere prøvd å gjenskape fusjonsprosessene i enorme forsøksreaktorer, blant annet Wendelstein 7-X i Greifswald i Tyskland. Men fortsatt er det langt igjen til at forskerne kan høste et energioverskudd av fusjonsprosessene, og derfor ville det være revolusjonerende hvis det faktisk var det Fleischmann og Pons oppnådde ved romtemperatur i 1989.

Men fysikken ville også måtte revurdere hele oppfatningen av fusjon for å kunne forklare hvordan to atomer smelter sammen uten ekstrem varme. Og nettopp det utgjør et alvorlig vitenskapelig problem for forsøket til Fleischmann og Pons.

De to elektrokjemikerne formulerte nemlig ikke noen teori for hvordan fusjon i det hele tatt kunne oppstå i forsøket. Uten en teori er det vanskelig å teste hvor energiutviklingen egentlig stammet fra, og man kan derfor ikke avvise at den varmen forskerne målte, bare skyldtes feil og tilfeldigheter – eller var et resultat av andre, uforutsette kjemiske reaksjoner.

Apparatet til Fleischmann og Pons var ganske enkelt. De brukte elektrolyse, som er en enkel og anerkjent fysisk-kjemisk prosess der man ved hjelp av elektrisitet spalter vann i oksygen og hydrogen.

I forsøket sitt brukte forskerne tungtvann(D₂O), der oksygenatomene er bundet til tungt hydrogen – også kalt deuterium (D) –, som skiller seg fra vanlig hydrogen ved å ha et nøytron i kjernen.

Rundt den ene elektroden – den såkalte anoden, lagd av platina – ble det dannet oksygen, mens det rundt den andre elektroden – katoden, lagd av palladium – ble dannet deuterium.

Vanligvis vil deuteriumatomene, akkurat som vanlige hydrogenatomer, danne par med hverandre og bli til en gass, men forskerne hevdet at en liten del av deuteriumatomene klumpet seg så tett sammen i palladiumkatoden at de fusjonerte spontant.

Ifølge fysikkens lover kan deuterium fusjonere på tre ulike måter, og i alle tilfeller vil det bli frigjort en viss mengde energi.

Energien var det som overbeviste Fleischmann og Pons om at det måtte ha skjedd fusjon i eksperimentet, selv om det foregikk bare noen få grader over romtemperatur, for i noen av forsøkene steg temperaturen i tungtvannet plutselig fra 30 til omkring 50 grader.

Det svarer til at forsøket dannet 40 ganger så mye energi som det ble tilført til elektrodene i form av strøm.

Forskerne konkluderte med at den ekstra varmeutviklingen måtte skyldes fusjon. Hvis det virkelig var tilfellet, burde imidlertid forskerne også ha kunnet måle enten protoner, nøytroner eller gammastråling, men det kunne de ikke. Derfor hadde ikke Fleischmann og Pons noe bevis for at deuteriumatomene fusjonerte.

I prinsippet kunne varmeutviklingen skyldes alt mulig annet enn fusjon, for eksempel at noen hadde skrudd opp varmen i laboratoriet.

Google satser på kald fusjon

Allerede noen få måneder etter det oppsiktsvekkende eksperimentet til Fleischmann og Pons hadde mer enn hundre andre forskergrupper forsøkt å kopiere det.

De fleste ble skuffet, og selv om enkelte forskere fant mulige spor etter fusjon, var det gjennomgående problemet at resultatene spriket i alle mulige retninger. Det har vært tilfellet for nesten alle forsøk med kald fusjon helt siden den gang.

Forskerne kan verken gjenta sine egne eller kollegenes forsøk og få de samme resultatene. Innen vitenskapen sier man da at resultatene ikke kan reproduseres, og det er et stort problem fordi man faktisk ikke vet hva man skal tro på.

Interessen for kald fusjon har imidlertid aldri helt forsvunnet, og de siste årene har flere økonomiske tungvektere fattet interesse for den kontroversielle forskningen.

I 2015 gikk Google sammen med 30 forskere fra fire anerkjente forskningslaboratorier i USA og Canada. Målet var å undersøke hva som kunne ha gått galt i de tidligere forsøkene, og hvordan man kunne gjøre det bedre.

Forskerne klarte faktisk å skape kald fusjon ved hjelp av en forbedret metode som brukte deuterium i form av plasma. Men resultatet hadde ingen praktisk anvendelighet, for metoden krevde langt mer energi enn det ble produsert ved fusjonsprosessen.

Google-forskerne målte at fusjonen sendte ut nøytroner, og det er den av de tre mulige fusjonsprosessene som utvikler minst energi. Forskerne prøvde derfor å skape en annen fusjonsprosess som sender ut gammastråling og utvikler åtte ganger så mye energi, men det lyktes aldri.

Japanere skrur opp varmen

Også i Japan har enorme selskaper som Toyota og Nissan, som er mest kjent for bilproduksjon, kastet seg over kald fusjon.

I et samarbeid med kjernefysikeren Akito Takahashi ved universitetet i Osaka har de eksperimentert med katoder av palladium som er beriket med nanopartikler av nikkel og zirkonium. Kombinasjonen kan ta opp mer deuterium og dermed plassere kjernene nærmere hverandre slik at sjansen for fusjon blir større.

Ved romtemperatur ga japanernes forsøk en liten mengde ekstra energi i korte perioder, men når forskerne skrudde temperaturen opp til 200–300 grader, skjedde det noe.

Nå begynte systemet å levere en overskuddsproduksjon av energi på 3–24 watt, og energiproduksjonen kunne opprettholdes i flere uker. Forsøkene ga dessuten i de fleste tilfeller de samme resultatene når de ble gjentatt ved to ulike universiteter.

Det er et sterk indikasjon på at den ekstra energiproduksjonen var reell og ikke bare skyldtes tilfeldigheter.

Akito Takahashi og kollegene hans hadde bare ett problem: De kunne ikke påvise noen av de reaksjonsproduktene som er tegn på fusjon av deuterium, og derfor er det usikkert om det i det hele tatt var det som fant sted.

Faktisk brukte ikke forskerne ordet fusjon da de offentliggjorde de bemerkelsesverdige resultatene i 2018. I stedet konstaterte de bare at den stabile energiutviklingen ikke kunne tilskrives noen kjente kjemiske prosesser.

Selv om kald fusjon fortsatt er omgitt av mystikk, tegner det seg nå et bilde av at Martin Fleischmann og Stanley Pons kanskje ikke var helt på villspor i 1989.

Den gangen ble de raskt avfeid, men i dag har forskerne fått bedre materialer og måleapparater, og de nye forsøkene kan gjentas og gi de samme resultatene fra gang til gang.

Men det er fortsatt ingen som har påvist de reaksjonsproduktene man ville forvente å finne ved fusjon, så kanskje er det foreløpig lurt å gjøre som Akito Takahashi og droppe ordet fusjon og bare konstatere at man har funnet en ny metode for å produsere energi.