Kold Fusion Genoplive Drømme Om Ren Energi Uden Varm Plasma

Betyder kernefusion kun varm fusion?

Nuclear fusion is the Holy Grail of energy research. It would deliver massive amounts of clean energy, producing no nuclear waste or carbon emissions, while using a fuel so abundant that it makes up the majority of matter in the universe.

Det er også utrolig svært at opnå, simpelthen fordi den eneste kendte måde, hvorpå kernefusion kan forekomme, er at efterligne forholdene i stjerner, med ufatteligt højt tryk og temperaturer på tit eller hundrede millioner grader.

Dette kan opnås ved at bruge kraftige magnetfelter til at indeholde og komprimere den ultra‑varme plasma. Eller med hundredvis af kraftige lasere, der er synkroniseret til at ramme samme punkt. Dog har alle disse metoder svært ved at opretholde fusionsreaktionen længe nok til at “betale tilbage” den energi, der er brugt på at starte kernefusionen.

Kilde: IEEE

Kompleksiteten i kernefusionsteknologi og dens potentiale til at løse vores energiproblem blev diskuteret mere detaljeret i vores artikel “Kernefusion – Den Ultimative Løsning På Ren Energi På Horisonten.”

Men hvad hvis kernefusion kunne forekomme under andre omstændigheder, ved brug af materialvidenskab, sjældne metaller og kemi i stedet for høj‑effekt plasmafysik?

Dette er løftet om “kold fusion,” et felt der i lang tid blev betragtet som uvissenschafteligt og latterliggjort af det videnskabelige samfund. Det var indtil en videnskabelig artikel blev offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Nature, med titlen “Observation of neutron emission during acoustic cavitation of deuterated titanium powder.”

Historien Om Kold Fusion

I 1989 hævdede forskerne Stanley Pons og Martin Fleischmann, at de havde opnået kold fusion. Desværre har årtiers forsøg på at reproducere resultaterne fra det videnskabelige samfund indtil nu været uden held, hvilket har ført til beskyldninger om dårlig videnskab eller endda åbenlys svindel.

Den efterfølgende kontrovers beskadigede permanent billedet af dette koncept. Det førte også til en stærk popularitet blandt amatører, svindlere og useriøse “opfindere”, der ikke ville udsætte deres “opdagelse” for fagfællebedømmelse og videnskabelig granskning.

Det arbejdes dog stadig videre på af et lille antal forskere, typisk under de mindre kontroversielle navne Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS) eller Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR).

En fornyet interesse for feltet er opstået i 2020’erne, efterhånden som folk ønsker at komme videre fra stigmatiseringen af amatørforskning. Bemærkelsesværdigt har den amerikanske regeringsagentur ARPA‑E i 2023 annonceret en håndfuld tilskud til at finansiere forskningsgrupper, der undersøger lav‑energi nukleare reaktioner (LENR), efter interessante resultater opnået af NASA‑forskerne i 2020.

NASA‑teamet kaldte deres metode “lattice confinement fusion”. De insisterede på, at det, de gjorde, var ikke kold fusion, men en særlig form for varm fusion.

Alligevel viste frembringelsen af fusion uden plasma tydeligt, at kernefusion kan opnås på flere måder end tidligere antaget, og ægte kold fusion kan også stadig være en mulighed.

De To Hovedkoncept For Kold Fusion

Metal‑drevet Fusion

En foreslået metode til kold fusion, oprindeligt foreslået af Pons & Fleischmann i 1989, involverede brug af materialer, der ændrer form, så hydrogenatomer fanges og tvinges til at fusionere. For at gøre dette er hydrogen‑mættede metaller som palladium, erbium og titanium blevet foreslået.

Det generelle koncept er, at ved at absorbere hydrogenatomer og bringe dem tæt på hinanden, vil metalgitteret ændre form. Og at dette på en eller anden måde kan lette sammensmeltningen af hydrogenatomer til helium.

Selvom det ikke er fuldstændig umuligt, har fysikere været skeptiske over for idéen fra starten, da de energiniveauer, der kræves for at overvinde hydrogenkernenes tendens til at afvise hinanden, er enorme.

Boble‑fusion

En anden idé er, at kernefusion kan forekomme i bobler, når de kollapser; for eksempel kan bobler dannes i vand, når det udsættes for ultralyd, en idé der også nogle gange kaldes sonofusion.

I teorien kunne de chokbølger, der skabes ved en bobles kollaps i en væske, være kraftige nok til at forårsage fusion, ikke helt forskelligt fra den måde, hvorpå chokbølger fremkaldt af laser virker.

Det er også kendt, at kavitation kan være en meget kraftfuld kraft, for eksempel at tygge let gennem metal på bådpropeller kun ved kraften fra en kollapsende boble.

Kilde: Britannica

Et nutidigt forskningsområde involverer udsendelse af lys, når hulrummet, der dannes af en højintensiv ultralydsbølge, kollapser. Denne effekt, kaldet sonoluminescens, kan skabe øjeblikkelige temperaturer, der er varmere end Solens overflade.

Hvis sonoluminescens kan opstå fra “temperaturer, der er varmere end Solens overflade”, så kan kernefusion i teorien også.

Ideen er lige så kontrovers som den “klassiske” gitter‑kold‑fusion, med dens hovedpromotor bredt kritiseret. But in 2013, the debate reignited:

Ifølge en ny efterforskningsrapport om Oak Ridge National Laboratory‑arkiverne er en stærkt offentliggjort opdagelse fra 2002, der kastede tvivl over det kontroversielle bord‑fusionseksperiment, selv blevet sat i tvivl.

Faktisk fandt journalisten, der gennemgik Oak Ridge‑dokumenterne, også mulig bekræftende evidens, der kunne have støttet nogle af de omstridte forskere — herunder hovedforfatteren Rusi Taleyarkhan, nu ved Purdue University.

Spectrum IEEE

Alligevel førte den fornyede interesse i 2013 ikke til mange nye resultater, og idéen gik tilbage til “det ville være rart, men det virker ikke”‑bunken i videnskabshistorien.

Opdagelsen i 2024

Dette var indtil en enkelt forsker, Max Fomitchev‑Zamilov, præsident for Maximus Energy Corporation, i USA, offentliggjorde den førnævnte videnskabelige artikel i Nature.

Virksomheden specialiserer sig i at sælge værktøjer til nuklearfysik‑eksperimenter, såsom neutron‑detektorer, gamma‑detektorer, røntgen‑spektrometre, digitale pulsbearbejdere, multikanal‑analysatorer og spektroskopi‑software.

I maj 2024 hævdede Dr. Fomitchev‑Zamilov, at han havde opdaget potentielle fusionsbegivenheder med bobler af tungt vand (lavet med deuterium i stedet for almindeligt hydrogen) blandet med titandi‑partikler.

Dette ville i teorien kombinere begge de teoretiserede tilgange til kold fusion, med et metalgitter af titanium og sonofusion.

Vi var i stand til at opretholde neutronproduktionen i flere timer og gentog eksperimentet flere gange under forskellige betingelser.

Vi antager, at de observerede neutroner stammer fra kernefusion af deuterium‑ioner opløst i titangitteret på grund af den mekaniske handling fra de påkaldte kavitation‑stråler.

Undersøgelse af Gitter‑Kold Sonofusion

Resultaterne af eksperimentet er meget interessante. Ikke kun var top‑neutrontællingen “10.000x over baggrundsniveauet, men den forekom også kun når sekundære akustiske bølger konstruktivt interfererede og resulterede i massive, skarpe trykspidser på nogle få tusinde psi.“

Neutronproduktionen kunne også opretholdes i flere timer.

Det er værd at bemærke, at eksperimentopsætningen er bemærkelsesværdigt kompakt og bruger relativt “almindelige” komponenter fra nuklearfysik‑detektorer og -værktøjer, hvilket gør det noget lettere for andre forskere at reproducere og teste.

Kilde: Nature

I den forbindelse er Dr. Fomitchev‑Zamilovs villighed til at dele sine rådata og eksperimentopsætning en forfriskende handling i et felt, der ofte domineres af “hemmelige opskrifter”.

Langsom Fremgang

Måske er det mest værdifulde den mangefoldige indrømmelse i den offentliggjorte artikel af, hvad der ikke virkede, noget som kold‑fusion‑entusiaster sjældent er villige til at gøre.

Kavitation af deuterium‑bobler i mineralolie virkede ikke, uanset ændringer i boblestørrelser, trykamplitude, frekvens eller tilsatte overfladeaktive stoffer. Deuterium‑dråber virkede heller ikke.

Sådanne “fejl” er vigtige, da de viser, at detektion af neutroner blot kan være en fejl eller et måleartefakt fra eksperimentopsætningen. Men så snart de tilføjede deutereret titandi‑partikler med deutereret vand (tungt vand), opdagede de en neutron‑flux.

Mere interessant var, at neutron‑spidset forekom regelmæssigt, i takt med de akustiske bølger.

Kilde: Nature

Tilsvarende er neutron‑spidset, forskelligt fra baggrundsstøj og andre signaler, tydeligt synligt, når man ser på prøven i 5 timer og derefter starter de akustiske bølger.

Kilde: Nature

Disse resultater blev konsekvent opnået igen og igen, og analyseret yderligere over en periode på 6 måneder, hvilket yderligere reducerer sandsynligheden for en tilfældighed eller et særtilfælde, der ikke kan reproduceres.

Endnu Ikke Et Endeligt Bevis

Den offentliggjorte artikel anerkender, at kold fusion stadig ikke er den eneste forklaring på neutron‑fluxen.

Det, der blev demonstreret, og som udgør en banebrydende opdagelse, er at med deutereret titandi‑partikler + deutereret vand + lydbølger/kavitation, udsendes neutroner.

For eksempel kunne eksperimentets betingelser skabe et fænomen kaldet spallation. Dette er, når en høj‑energi input (som fra høj‑energi partikler) splitter en kerne i dens komponenter, hvilket teoretisk kunne forårsage, at neutroner bliver detekteret.

Kilde: Springer

Derfor er yderligere analyser af reaktionerne nødvendige, tilsyneladende krævende ekstra spektroskopiske studier.

Forbedring af Designet

Selvfølgelig er en anden bemærkning, vi bør gøre, at disse resultater nu skal replikeres af andre forskere for at blive fuldt betroet.

Flere data skal indsamles fra eksperimenter for at forstå, hvordan man optimerer neutronproduktionen og den potentielle fusionsreaktion.

Materialer

Vi ved fra denne publikation, at titanium/deuterium‑pulveret i olie var stabilt mod nedbrydning og separation i mindst 6 måneder.

Men før nogen diskussion om den praktiske anvendelse af sådan potentiel kold‑fusion‑fremskridt, skal vi vide, hvad der forbruges i processen.

Mekanismer For Gitter‑Kold Sonofusion

Den arbejdende hypotese er, at kavitation‑strålerne er årsagen til de observerede neutron‑spidser og den antagede kernefusion.

Disse stråler kunne “fungere som stempler, der komprimerer deuterium‑ioner lagret i titangitteret. I så fald er materialet i strålerne ikke så vigtigt, og H2O‑dråber bør være lige så effektive som D2O‑dråber”.

Eller måske “strålerne skal indeholde deuterium‑ioner, og virkningsmekanismen er som en ionstråle, der rammer et deutereret mål“.

Afklaring mellem de to hypoteser vil sandsynligvis være det næste skridt for Dr. Fomitchev‑Zamilov.

Spejlinger Af NASA‑Arbejder?

Vi bør bemærke, at den “ikke‑kold ikke‑plasma fusion” metode opdaget af NASA‑forskere i 2020 brugte kraftige elektroner til at udløse en sekvens af partikelkollisioner, som i sidste ende accelererede nok til, at et deuterium‑atom kunne udløse fusion.

For at overvinde den barriere kræves en sekvens af partikelkollisioner. Først accelererer en elektronaccelerator elektroner og slår dem ind i et nærliggende mål lavet af tungsten. Kollisionen mellem strålen og målet skaber høj‑energi fotoner, ligesom i en konventionel røntgenmaskine.

Fotonerne fokuseres og rettes ind i den deuteron‑belastede erbium‑ eller titani‑prøve. Når en foton rammer en deuteron inden i metallet, splittes den i en energisk proton og neutron. Derefter kolliderer neutronen med en anden deuteron, som accelereres.

Kan kavitationen, som allerede er kendt for at kunne skabe øjeblikkelige temperaturer, der er varmere end Solens overflade på atomart niveau, efterligne den samme proces, men uden en partikelaccelerator?

Ren Energi Løst?

Hvis denne opdagelse bekræftes og perfektioneres, betyder det så, at vi har løst kernefusion? Og at ren, overflødig energi blot er et spørgsmål om tid? Måske, men et vigtigt datapunkt mangler stadig: selvom vi ved, at neutroner udsendes, ved vi ikke, hvor meget energi systemet udsender.

Således kan problemet, der hidtil har hindret varm fusion i at producere mere energi, end den forbruger, også være et problem for kold fusion.

Et opmuntrende punkt er, at Dr. Fomitchev‑Zamilov arbejder på en laboratoriebænk, langt fra faciliteter som  U.S. National Ignition Facility (NIF), som leverer 500 billioner watt peak‑effekt på ét punkt gennem 192 kraftige laserstråler.

Så selvom energioutputtet kan være beskedent, kan vi antage, at inputtet også var det.

Investering i Kernefusion

Som en videnskabelig idé, der netop er kommet ud af et dårligt ry, som stort set var en karrieredræber for enhver fysiker, der overhovedet ville arbejde med den, er kold fusion i dag langt fra tilgængelig for investorer.

Tungt vand er et meget lille marked, med kun $161 M handlet globalt (og lidt mere produceret lokalt), og Canada er den største eksportør. En privat leverandør er laboratorie‑udstyr‑ og forbrugsvarer‑giganten Sigma‑Aldrich, en del af Merck KGaA (MRK.DE ) (MRK.DE).

I øjeblikket er ingen af de virksomheder, der er dedikeret til at gøre varm kernefusion kommercielt levedygtig, offentligt noteret. Dette inkluderer Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, og NEO Fusion.

Du kan finde en omfattende liste over startups inden for kernefusionsområdet på den dedikerede side på Dealroom.

En bemærkelsesværdig undtagelse til de privatnoterede startups, der dominerer feltet, er det offentligt handlede selskab Lockheed Martin Corporation (LMT ), en gigant inden for forsvarsindustrien.

1. Lockheed Martin Corporation

Siden begyndelsen af 2010’erne har Lockheed arbejdet på Compact Fusion, en kernefusionsreaktor, som de forventede at se klar i 2020’erne. Det er dog siden blevet annonceret, at arbejdet på projektet blev stoppet i 2021.

Virksomheden har været meget diskret omkring dette projekt efter en meget entusiastisk indledende meddelelse. Den dag i dag er det uklart, hvad der kan have fået virksomheden til at opgive idéen.

Samtidig ser det ud til, at den ikke helt har opgivet konceptet, især med investeringer i 2024 i Helicity, en startup der udvikler en fusionsmotor.

Ideen ville være at drive rumfartøjer med korte fusionsudbrud. Helicity planlægger at bruge en plasmagun, den samme tilgang som anvendt af General Fusion.

Potentielt har Lockheeds egne interne resultater vist, at deres design ikke kunne opretholde fusion på en måde, der er kompatibel med energiproduktion.

Men måske er korte udbrud på samme tid tilstrækkelige til fremdriftsbehovet i rummet og meget tættere på at blive et egentligt produkt. Det ville også passe bedre til virksomhedens overordnede profil med fokus på luft- og rumfart samt forsvar.

2. General Fusion

General er en af de startups, der leder an i at gøre fusion til en privat sektor‑virksomhed, i stedet for et offentligt finansieret fysikprojekt.

Virksomheden blev grundlagt allerede i 2002 for at udvikle Magnetized Target Fusion (MTF)‑teknologi.

MTF forventes af virksomheden at være en kortere vej til energipositiv fusion og at være meget billigere. General Fusion var den første i verden til at bygge og idriftsætte en kompakt toroid plasma‑injector i kraftværksstørrelse i 2010 og har nået mange flere milepæle siden.

Kilde: General Fusion

Virksomheden sigter mod at opnå fusion med 100 millioner grader Celsius i 2025 og at skrue frem mod energibreak‑even (positivt afkast fra kernefusion) i 2026. Før det blev der i 2023 lavet en 1/5^th skala model, og dens ydeevne matchede forventningerne fra computermodeller.

Samlet set har General Fusion brugt to årtier på at bygge trin for trin hver af de centrale teknologier i deres endelige design, teste hver undervejs og med succes validere idéen, i hvert fald indtil videre.

Kilde: General Fusion

Som privat virksomhed behøvede den ikke at diskutere og forhandle om designændringer, i modsætning til internationale projekter som ITER. Den kunne også vælge teknologi på eget grundlag, uden at skulle afgøre, om et specifikt land skulle få kontrakten uanset politiske årsager.

Dette er grunden til, at mange forventer, at General Fusion og nogle af deres konkurrenter kan håndtere, hvad store regeringsprojekter måske ikke kan.

3. TAE Technologies

Tidligere kendt som Tri Alpha Energy, er det californiske firma fokuseret på at udvikle fusionsenergi‑teknologi. TAE Technologies opgraderer i øjeblikket deres fusionsplatform, Norman, til en sjette‑generations maskine kaldet Copernicus.

Kilde: TAE

TAE‑teknologi er afhængig af partikelacceleratorer til at injicere energi i plasmaet og “fungere som et fortykningsmiddel, der gør det mere håndterbart”.

Virksomheden bruger også i vid udstrækning 3D‑print i fremstillingen af Copernicus, hvilket muliggør hurtige iterationer af nye dele og hurtigere problemløsning. For eksempel lykkedes det dem at printe nogle reaktorkomponenter med halvdelen af vægten i forhold til, hvad konventionel fremstilling ville have opnået.

Kilde: TAE

Hvis alt går glat, forventer virksomheden at bygge deres første prototype‑kraftværk, som kan tilsluttes nettet i begyndelsen af 2030’erne, og som vil blive skaleret op for at udvikle “robust og pålidelig” kommerciel energi gennem årtiet.

Fusion, ifølge CEO Michel Binderbauer, vil føre os ind i et “paradigme af overflod.”

I de sidste 25 år har virksomheden opereret på en “penge‑pr‑milepæl” model, hvor hver finansieringsrunde kun optjenes fra investorer baseret på leveringen af de milepæle, der blev lovet dem.

I 2022 investerede Google og Chevron (CVX ) i TAE Technologies som en del af virksomhedens kapitalrejsning på $250 millioner. Google har faktisk været partner med TAE i et årti nu og leverer AI og beregningskraft til virksomheden.

Virksomheden tilbyder også livsvidenskabelige tjenester (Boron Neutron Capture Therapy -BNCT) og kraftløsninger som batterier og e‑mobilitet.

4. Helion

Helion har til formål at skabe fusion med deuterium og helium‑3 i stedet for den mere almindelige tilgang, der fokuserer på fusion med tritium.

Normalt er helium‑3 meget svært at finde. Men Helion har en metode til at producere det fra deuterium i deres egen reaktor. Ellers ville uprøvede alternativer som minedrift på Månen sandsynligvis have været nødvendige.

Ligesom de fleste private fusion‑projekter bruger Helion plasma‑injektionsteknologi.

En anden unik funktion ved Helion er at målrette direkte elektricitetsfangst fra plasmaet ved at bruge Faradays lov til at inducere en strøm, og dermed springe den dampvarme‑cyklus over, som er almindelig i kernkraftværker.

Dette skridt er ret dristigt, men kan også øge udbyttet af fremtidige kraftværker med 2–3 gange, da omdannelsen fra varme til damp til elektricitet normalt har meget lav effektivitet. Det er også en meget kapitalintensiv procedure.

Helions fusionskraftværk forventes at have ubetydelige brændstofomkostninger, lave driftsomkostninger, høj oppetid og konkurrencedygtige kapitalomkostninger. Vores maskiner kræver meget lavere kapitaludstyr, fordi vi kan udføre fusion så effektivt og ikke behøver store dampturbiner, køletårne eller andre dyre krav fra traditionelle fusionsmetoder.

Helion driver i øjeblikket Trenta, deres 6^th generationsreaktor, som har opnået over 10.000 pulser og temperaturer på 100 millioner grader Celsius.

Kilde: Helion

Den er i øjeblikket ved at skifte til Polaris, dens næste model, som forventes at have magnetiske pulser 100 gange hurtigere end Trenta, hvilket ville gøre den til den første kernefusion, der producerer et nettogevinst i elektricitet.

Det er værd at bemærke, at Polaris vil være 19 m lang, langt fra en gigantisk installation sammenlignet med andre, mere klassiske fusionsreaktordesigns.