Kan fusion ved stuetemperatur give gratis energi?

Opstillingen af glasrør, kolber og ledninger lignede mest af alt noget, man selv kunne flikke sammen hjemme på køkkenbordet. Men når forskerne satte en svag strøm til, afgav opstillingen varme og dannede mere energi, end der blev tilført.

De to elektrokemikere Martin Fleischmann og Stanley Pons, der udførte forsøget i 1989, var overbeviste om, at de havde kopieret Solens fusionsprocesser – blot ved almindelig stuetemperatur.

Forsøget satte verden på den anden ende, for hvis det var sandt, kunne man producere energi næsten gratis. Men begejstringen blev hurtigt afløst af skepsis, da andre forskere forgæves prøvede at genskabe den kolde fusion. Den dag i dag er det usikkert, hvad der egentlig foregik i de to forskeres laboratorium – men måske havde de alligevel fat i noget rigtigt.

Forsøg støttet af bl.a. Google tyder nemlig på, at det faktisk er muligt at skabe varme med Fleischmanns og Pons’ metode. Flere forskergrupper over hele verden er nu gået i gang med at forfine de oprindelige eksperimenter, så vi måske en dag kan løse alle vores energiproblemer uden at belaste hverken pengepungen, klimaet eller miljøet.

Fusion kræver 15 mio. grader

Den enorme varme, som stråler mod os fra Solen, er resultatet af noget af det tætteste, vi kommer på en evighedsmaskine.

I stjernens kerne smelter brintkerner sammen til helium under en kolossal varmeudvikling. Den ekstremt høje temperatur på omkring 15 mio. grader er forudsætningen for, at fusionsprocessen kan holdes i gang, så nye atomkerner konstant smelter sammen.

I årtier har forskere ihærdigt prøvet at genskabe Solens fusionsprocesser i enorme forsøgsreaktorer, bl.a. Wendelstein 7-X i Greifswald i Tyskland. Endnu er der dog lang vej til, at forskerne kan høste et energioverskud af fusionsprocesserne, og derfor ville det være intet mindre end revolutionerende, hvis det rent faktisk var dét, Martin Fleischmann og Stanley Pons opnåede ved stuetemperatur tilbage i 1989.

Men det ville også kræve, at fysikken revurderede hele opfattelsen af fusion for at kunne forklare, hvordan to atomer smelter sammen uden ekstrem varme. Og netop det udgør et alvorligt videnskabeligt problem for Fleischmanns og Pons’ forsøg.

De to elektrokemikere formulerede nemlig ikke nogen teori for, hvordan fusion overhovedet skulle kunne opstå i deres forsøgsopstilling. Uden en teori er det svært at afprøve, hvor energiudviklingen egentlig stammede fra, og man kan derfor ikke afvise, at den varme, forskerne målte, blot skyldtes fejl og tilfældigheder – eller var et resultat af helt andre uforudsete kemiske reaktioner.

Fleischmanns og Pons’ forsøgsopstilling var ganske simpel. De benyttede elektrolyse, som er en simpel og anerkendt fysisk-kemisk proces, hvor man ved hjælp af elektricitet kan spalte vand i dets to bestanddele, ilt og brint.

I deres forsøg benyttede forskerne tungt vand (D₂O), hvor iltatomerne er koblet med tung brint – også kaldet deuterium (D) – som adskiller sig fra almindelig brint ved at have en neutron i kernen.

Omkring den ene elektrode – den såkaldte anode af platin – blev der dannet ilt, mens der omkring den anden elektrode – katoden af palladium – blev dannet deuterium.

Normalt vil deuteriumatomerne ligesom almindelige brintatomer danne par med hinanden og blive til en luftart, men forskerne hævdede, at en lille del af deuteriumatomerne klumpede sig så tæt sammen i palladium-katoden, at de spontant fusionerede.

Ifølge fysikkens love kan deuterium fusionere på tre forskellige måder, og i alle tilfælde vil der blive frigivet en vis mængde energi.

Energien var det, som overbeviste Fleischmann og Pons om, at der måtte være sket fusion i deres eksperiment, selvom det foregik blot nogle få grader over stuetemperatur, for i nogle af forsøgene steg temperaturen i det tunge vand pludselig fra de normale 30 grader til omkring 50 grader.

Det svarer til, at forsøgsopstillingen dannede 40 gange så meget energi, som der blev tilført til elektroderne i form af strøm.

Forskerne konkluderede, at den ekstra varmeudvikling måtte skyldes fusion. Hvis det virkelig var tilfældet, burde forskerne dog også have kunnet måle enten protoner, neutroner eller gammastråling, men det kunne de ikke. Dermed havde Fleischmann og Pons intet bevis for, at deuteriumatomerne fusionerede.

I princippet kunne varmeudviklingen altså skyldes alt muligt andet end fusion, fx at nogen havde skruet op for varmen i laboratoriet.

Google satser på kold fusion

Allerede få måneder efter Fleischmanns og Pons’ opsigtsvækkende eksperiment havde mere end 100 andre forskergrupper forsøgt at gøre dem kunsten efter.

De fleste blev skuffede, og selvom enkelte forskere fandt mulige tegn på fusion, var det gennemgående problem, at resultaterne stak i alle mulige retninger. Det har været tilfældet for næsten alle forsøg med kold fusion lige siden.

Forskerne kan hverken gentage deres egne eller kollegernes forsøg og få de samme resultater. Inden for videnskaben kaldes det, at forsøgene ikke kan reproduceres, og det er et stort problem, fordi man så reelt ikke ved, hvad man skal tro på.

Interessen for kold fusion er dog aldrig helt forsvundet, og i de senere år har flere økonomiske sværvægtere fattet interesse for den kontroversielle forskning.

I 2015 gik Google sammen med 30 forskere fra fire anerkendte forskningslaboratorier i USA og Canada. Målet var at undersøge, hvad der kunne være gået galt i de tidligere forsøg, og hvordan man kunne gøre det bedre.

Det lykkedes faktisk forskerne at skabe kold fusion vha. en forbedret metode, der brugte deuterium i form af plasma. Men resultatet havde ingen praktisk anvendelighed, for metoden krævede langt mere energi, end der blev produceret ved fusionsprocessen.

Google-forskerne målte, at fusionen udsendte neutroner, og det er den af deuteriums tre mulige fusionsprocesser, der udvikler mindst energi. Forskerne prøvede derfor at skabe en anden fusionsproces, der udsender gammastråling og udvikler otte gange så meget energi, men det lykkedes aldrig.

Japanere skruer op for varmen

Også i Japan har kæmpestore virksomheder som Toyota og Nissan, der er mest kendt for deres biler, kastet sig over kold fusion.

I et samarbejde med kernefysikeren Akito Takahashi fra Osaka University har de eksperimenteret med katoder af palladium, som er beriget med nanopartikler af nikkel og zirkonium. Kombinationen kan optage mere deuterium og dermed bringe kernerne tættere på hinanden, så chancen for fusion bliver større.

Ved stuetemperatur kunne japanernes forsøgsopstilling producere en smule ekstra energi i korte perioder, men når forskerne skruede temperaturen op til 200-300 grader, skete der noget.

Nu begyndte systemet at levere en overskudsproduktion af energi på 3-24 watt, og energiproduktionen kunne opretholdes i flere uger. Forsøgene gav tilmed i de fleste tilfælde de samme resultater, når de blev gentaget på to forskellige universiteter.

Det er et stærkt tegn på, at den ekstra energiproduktion var reel og ikke blot skyldtes tilfældigheder.

Akito Takahashi og hans kolleger havde bare ét problem: De kunne ikke påvise nogen af de reaktionsprodukter, der er tegn på fusion af deuterium, og derfor er det usikkert, om der overhovedet fandt fusion sted.

Faktisk brugte forskerne slet ikke ordet fusion, da de offentliggjorde de bemærkelsesværdige resultater i 2018. I stedet konstaterede de blot, at den stabile energiudvikling ikke kunne tilskrives nogen kendte kemiske processer.

Selvom kold fusion stadig er omgærdet med mystik, tegner der sig nu et billede af, at Martin Fleischmann og Stanley Pons måske ikke var helt på afveje i 1989.

Dengang blev de hurtigt affejet, men i dag har forskerne fået bedre materialer og måleapparater, og der begynder at vise sig tegn på, at forsøgene kan gentages og give de samme resultater fra gang til gang.

Men det er stadig svært at påvise de reaktionsprodukter, man ville forvente at finde ved fusion, så måske er det indtil videre klogest at gøre som Akito Takahashi og droppe ordet fusion og blot konstatere, at man har fundet en ny metode til at producere energi.