Koude kernfusie revival

Andrea Rossi en de E-Cat

door Martin Bier en Rob Nanninga – Skepter 24.1 (2011)

HOEWEL het begrip koude kernfusie niet vaak meer wordt gebruikt, worden er onder andere namen nog steeds uitvindingen gedaan die het energieprobleem beloven op te lossen. Een spraakmakende ontdekking is de E-Cat van Andrea Rossi, die volgens de uitvinder dit jaar al zal worden gebruikt voor een centrale van één megawatt.

In 1989 hielden Fleischmann en Pons hun legendarische persconferentie, waar ze het bestaan van koude kernfusie verkondigden. Het werd een klassiek voorbeeld van hoogmoed voor de val. Toen enkele maanden later was gebleken dat de resultaten niet reproduceerbaar waren, spraken wetenschappelijke tijdschriften en de American Physical Society over ‘dwaalwetenschap’. Toch is de koude kernfusie nooit geheel van het toneel verdwenen. Overheden en bedrijven hebben nog honderden miljoenen dollars gestoken in onderzoek en ontwikkeling.

Martin Fleischmann en Stanley Pons verhuisden in 1992 naar de Franse Rivièra, waar ze hun werk konden voortzetten in een door Toyota opgezet laboratorium. Fleischmann ging in 1995 met pensioen, maar bleef conferenties bezoeken en papers schrijven. In 2002 was hij medeauteur van een rapport over koude kernfusie, dat in opdracht van de Amerikaanse marine was geschreven. Pons hield er in 1998 mee op, toen zijn lab wegens gebrek aan resultaten werd gesloten, en ging in Zuid-Frankrijk rentenieren.

De ingenieur en wetenschapsjournalist Eugene Mallove nam het voor Pons en Fleischman op in zijn boek Fire from Ice (1991). Volgens hem was hun werk ten onrechte in diskrediet gebracht door gevestigde belangen. Mallove runde tien jaar lang het tijdschrift Infinite Energy. Ook perpetuum mobile’s en apparaten die zogenaamde ‘vrije energie’ aan het vacuüm zouden onttrekken, behoorden tot zijn interessegebied. Hij werd echter in 2004 vermoord. Hoewel hierover allerlei samenzweringstheorieën de ronde deden, is het inmiddels duidelijk geworden dat het ging om een uit de hand gelopen conflict met voormalige huurders die uit hun woning waren gezet. Malloves New Energy Foundation is nog altijd zeer actief en onderhoudt een uitgebreide website.

Een hedendaagse koudekernfusieonderzoeker is de elektrotechnisch ingenieur Peter Hagelstein, die verbonden is aan het prestigieuze Massachusetts Institute of Technology (MIT). Naast Hagelstein zijn er nog tientallen andere onderzoekers die serieus aan het onderwerp werken en erover publiceren in vaktijdschriften. Ze worden door de wetenschappelijke mainstream als een soort neo-alchemisten gezien, wat ertoe heeft geleid dat koude kernfusie ook veel zwevers, querulanten en complotdenkers van buiten de academische wereld aantrok.

De beroepsorganisatie van de koudekernfusieonderzoekers is de International Society for Condensed Matter Nuclear Physics. De term condensed matter impliceert dat men zich niet richt op ‘hete’ kernfusie, waarbij elk materiaal tot gasvormig plasma verdampt. De organisatie runt een peer-reviewed, elektronisch tijdschrift met artikelen die gratis online beschikbaar zijn. Bovendien organiseert men al sinds 1990 internationale conferenties. De meest recente conferentie vond dit jaar in India plaats en trok circa 100 wetenschappers. Om negatieve associaties te vermijden wordt er niet vaak meer over cold fusion gesproken. Daar zijn andere aanduidingen voor in de plaats gekomen, waaronder Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR), en Lattice Assisted Nuclear Reactions (LANR).

De website New Energy Times van de Amerikaanse wetenschapsjournalist Steven Krivit biedt veel informatie over recente ontwikkelingen. Krivit doet al jarenlang z’n uiterste best om het onderwerp weer enig aanzien te geven in de wetenschappelijke mainstream. Hij publiceert een onlinetijdschrift en houdt een goed leesbaar blog bij, dat altijd veel reacties losmaakt. Hij levert ook regelmatig kritiek en zijn berichtgeving over het konkelfoezen en de intriges is vaak erg amusant. Hierdoor ligt hij overhoop met zo ongeveer alle vooraanstaande koudekernfusieonderzoekers.

De APS (American Physical Society) en de ACS (American Chemical Society) hielden alles wat op koude kernfusie leek, lange tijd buiten de deur. Maar dat versterkte slechts de saamhorigheid onder de dissidenten, die nog steeds fondsen voor hun onderzoek wisten aan te boren. In de afgelopen vijf jaar hebben beide beroepsorganisaties het cordon sanitaire beëindigd. Hoewel ze er niet van overtuigd zijn dat koude kernfusie mogelijk is, worden er tegenwoordig binnen hun conventies symposia over gehouden. Men hoopt dat er een kritische dialoog zal ontstaan, maar dat heeft nog weinig opgeleverd. De koudekernfusiegemeenschap wordt al twee decennia gedomineerd door een kleine groep wetenschappers die stevig vasthoudt aan de eigen overtuiging.

Met enige regelmaat worden aanhangers van koude kernfusie getrakteerd op een nieuwe ‘doorbraak’. Er worden dan persconferenties belegd, octrooien aangevraagd, bedrijven opgericht en investeerders aangetrokken. De nieuwe vinding veroorzaakt altijd veel opwinding op verwante websites, maar dringt gewoonlijk niet in bredere kring door. Kranten en tijdschriften berichten er zelden over. Dat kan men ze moeilijk kwalijk nemen, want tot nu toe konden de uitvinders hun beloften nooit waarmaken.

Geheime katalysator

De nieuwste doorbraak is de E-Cat (Energy Catalyzer) van de Italiaanse uitvinder Andrea Rossi. Samen met de gepensioneerde fysicus Sergio Focardi presenteerde hij zijn vinding in januari 2011 op een besloten persconferentie in Italië. Een paar kleine tafels waren toereikend om alle apparatuur in een aangrenzend vertrek op te stellen. Rossi gebruikt een kleine stalen reactieruimte waarin zich nikkelpoeder bevindt. Deze ruimte wordt gevuld met waterstofgas en onder druk gezet. Om de reactie op gang te brengen wordt eerst de temperatuur verhoogd.

Volgens Rossi komt er bij het proces veel meer warmte vrij dan hij erin stopt, omdat er een kernfusiereactie plaatsvindt. Een nikkelkern met 28 protonen en 34 neutronen (⁶²Ni) zou een proton absorberen en daarmee in koper (⁶³Cu) worden omgezet. De afgesloten reactor bevindt zich in koperen buis waar water doorheen wordt gepompt. De opgewekte energie werd tijdens de demonstratie gebruikt om het water in stoom te veranderen. Naar verluidt produceerde de E-Cat gedurende ongeveer twintig minuten een vermogen van minstens 10 kilowatt. Maar de gegevens werden nogal fragmentarisch gerapporteerd. Rossi beweerde dat zijn Italiaanse bedrijf in biodieselgeneratoren (EON srl) al langer dan een jaar door een E-Cat werd verwarmd.

In de gangbare wetenschap is het gebruikelijk om opstellingen en procedures zodanig te beschrijven dat de verkregen resultaten reproduceerbaar zijn. Rossi neemt het echter niet zo nauw met die reproduceerbaarheid, want hij gebruikt een ‘geheime katalysator’, die de omzetting van nikkel naar koper mogelijk zou maken. Om de uitvinding en de belangen van de investeerders te beschermen wordt er in zijn octrooiaanvraag niets onthuld over de katalysator.

Rossi wordt sinds 2007 bijgestaan door de kernfysicus Sergio Focardi (1932), een emeritus hoogleraar van de Universiteit van Bologna, die zich als adviseur liet aanstellen. Focardi werkte in het verleden samen met de biofysicus Francesco Piantelli, die in 1989 een onverklaarde warmteontwikkeling ontdekte bij proeven met nikkel en waterstof. Op een persconferentie in 1994 presenteerden Piantelli en Focardi een nikkel-waterstofreactor. Ze publiceerden er ook over, maar volgens wetenschappers die hun proeven herhaalden, kwam er geen extra warmte vrij. Het lukte ook niet om een reactor te ontwikkelen die werkelijk bruikbaar was. Piantelli zou daar echter onlangs wel in zijn geslaagd en richtte een bedrijf op om met de E-Cat te concurreren. Rossi hecht er weinig waarde aan. Volgens hem werkt de E-Cat heel anders en ook veel beter. Dit zou te danken zijn aan de geheime katalysator, al heeft hij het geheim zelfs niet aan Focardi verklapt.

Rossi wordt ook gesteund door dr. Giuseppe Levi, een fysicus van de Universiteit van Bologna. Levi was in februari 2011 getuige van een proef die 18 uur duurde. Daarbij stroomde er 3000 liter water per uur door een E-Cat, rechtstreeks uit een waterleiding. Tijdens de eerste tien minuten was er 1250 watt nodig om het proces op gang te brengen, maar daarna verbruikte de controlekast, die Levi van binnen mocht bekijken, hoogstens 80 watt. Het water werd gemiddeld 5 graden warmer, al was het niet zeker of de temperatuur betrouwbaar werd gemeten. Als het klopt, dan produceerde de reactor in totaal misschien wel 300 kWh.

Levi heeft nooit een onderzoeksverslag gepubliceerd. Hij bekende later dat de proef niet goed genoeg was om de resultaten openlijk op papier te zetten. Dan had hij de proefopzet beter moeten controleren. Levi benadrukte dat hij er geen belang bij heeft om zijn universitaire carrière in de waagschaal te stellen door aan bedrog mee te doen. Hij is zelfs lid van de Amerikaanse Skeptics Society. Maar hij had zijn positieve bevindingen wel aan een webjournalist doorgegeven. Rossi beloofde de universiteit namens zijn bedrijf Leonardo Corp. een half miljoen euro voor nader onderzoek.

Besmet verleden

Andrea Rossi (1950) heeft geen vlekkeloos verleden. Hij studeerde filosofie in Milaan, maar noemt zichzelf ingenieur. In zijn cv staat dat hij in 1979 een graad in chemische technologie verkreeg bij de Kensington University in Californië. Dit was echter een postbusuniversiteit, die uiteindelijk in 2003 op rechterlijk bevel werd gesloten. De rechter bepaalde dat alle klanten die een diploma hadden gekocht hun geld mochten terugvorderen.

In 1978 patenteerde Rossi een innovatieve methode om onder hoge druk een olieachtige brandstof te produceren uit organisch afval. Vijf jaar later bouwde hij een installatie die uit 100 ton afval 20 ton olie zou kunnen verkrijgen. Er waren veel bedrijven die hun afvalstoffen graag bij hem loosden. In 1989 kreeg hij echter grote problemen met de overheid omdat hij 58.000 ton schadelijk afval niet goed had opgeslagen en verwerkt. Zijn bedrijf werd gesloten en hij zat enige tijd in hechtenis. De juridische nasleep is nog altijd niet afgewikkeld en er lopen nog civiele procedures.

In de jaren 1990 werd Rossi gearresteerd voor betrokkenheid bij goudsmokkel en het witwassen van zwart geld. In 1996 verhuisde hij naar de VS, waar hij twee bedrijven oprichtte onder de naam Leonardo. In 2001 patenteerde hij een nieuw type thermo-elektrische generator. Met zo’n generator kan men stroom verkrijgen uit temperatuurverschillen, al levert dat erg weinig op. Rossi claimde echter dat zijn generator veel effectiever werkte dan andere modellen, zodat het apparaat economisch rendabel werd.

Het bedrijf Leonardo Technologies, Inc. (LTI) slaagde erin het Amerikaanse leger te interesseren voor Rossi’s uitvinding. Op internet staat een dik rapport uit 2004 waarin verslag wordt gedaan van de affaire, want Amerikaanse overheidsinstellingen zijn doorgaans heel nauwgezet in het documenteren en openbaren van hun activiteiten. Men had aanvankelijk vertrouwen in Rossi’s generator omdat een klein prototype met succes zou zijn getest aan de New Hampshire University in Durham. Maar de generatoren die aan het leger werden geleverd, voldeden in het geheel niet aan de verwachtingen. Men ontving er 19 die niet werkten, terwijl de overige acht slechts 1 watt produceerden, in plaats van de toegezegde 800 tot 1000 watt. Rossi vertelde dat het probleem was veroorzaakt door een brand in zijn werkplaats, waardoor de apparaten uit Italië moesten komen. Hoewel er veel geld werd uitgegeven voor een nieuw lab in New Hampshire, heeft hij de gewenste apparatuur nooit kunnen leveren.

Zweedse skepticus

Rossi heeft zijn E-Cat enkele malen gedemonstreerd aan geïnteresseerde bezoekers. In maart liet hij op eigen kosten twee Zweedse fysici naar Bologna overkomen: de emeritus hoogleraar Sven Kullander en Hanno Essén, docent aan de Universiteit van Stockholm. Essén was drie jaar voorzitter van de vereniging van Zweedse skeptici en bleef bestuurslid nadat zijn termijn in april verstreek.

De Zweden waren getuige van een demonstratie die zes uur duurde en die zoals gebruikelijk plaatsvond in een bedrijfsruimte van Rossi. Ook Focardi, Levi en twee andere Italiaanse wetenschappers waren aanwezig. Rossi gebruikte ditmaal een kleiner type E-Cat met een reactorruimte van 50 cc. Er werd per uur ruim zes liter water van 18 graden door de E-Cat gepompt. Het water werd eerst met 300 watt in de E-Cat opgewarmd. Na ongeveer 10 minuten was de watertemperatuur 60 graden. Daarna ging het wat sneller en leek de reactor in werking te zijn getreden. Het kookpunt werd binnen vijf minuten bereikt en een paar minuten later kwam er naar het scheen alleen nog stoom uit de E-Cat. Het verwarmingselement was volgens de Zweedse waarnemers lang niet toereikend om dit effect te verkrijgen. Ze berekenden dat de E-Cat in zes uur tijd circa 25 kWh leverde. In hun korte verslag concludeerden ze dat de energieproductie aan een nucleair proces mocht worden toegeschreven.

Het proces werd volgens Kullander en Essén beëindigd door de verwarming uit te schakelen en de watertoevoer te vervijfvoudigen. Het is onduidelijk waarom de verwarming niet eerder kon worden uitgeschakeld. De Zweden mochten alle onderdelen van een E-Cat van tevoren bekijken, maar niet van het exemplaar dat voor de proef werd gebruikt, want dat was ingepakt met isolatiemateriaal. Essén was niettemin van mening dat hij alles goed had kunnen controleren. Hij had ook de indruk dat alle betrokkenen eerlijk en oprecht waren. Voordat hij naar Italië reisde, had hij nog wat meer twijfels, al was hij ook toen al geneigd om de zaak behoorlijk serieus te nemen:

De fysicus Levi gelooft erin en de fysicus Focardi gelooft het, en ik geloof dat hun geloofwaardigheid boven alle twijfel is verheven. Het is natuurlijk moeilijk om de uitvinder Rossi te beoordelen, maar er zijn genoeg mensen bij betrokken en genoeg goede data en rapporten om het in dit stadium heel serieus te nemen.

Isotopenraadsel

Rossi bracht de Zweden al in februari wat nikkelpoeder, dat volgens hem tweeënhalve maand continu in een E-Cat was gebruikt. Als vergelijksmateriaal gaf hij ze ook wat nikkelpoeder dat nog niet was gebruikt. De monsters werden in een laboratorium geanalyseerd. Het ongebruikte poeder had dezelfde isotoopverhouding als natuurlijk nikkel: ⁵⁸Ni – 68%, ⁶⁰Ni – 26%, ⁶¹Ni – 1%, ⁶²Ni – 4% en ⁶⁴Ni – 1%. Het superscript geeft het totale aantal protonen en neutronen in de atoomkernen aan. De analyse was in strijd met Rossi’s bewering dat hij als brandstof verrijkt nikkel gebruikt. Dit houdt in dat men de lichtere isotopen gedeeltelijk verwijdert en dan een materiaal overhoudt met meer dan 4% ⁶²Ni. Verrijking is een moeilijk en duur procedé, al heeft Rossi naar eigen zeggen een goedkopere methode bedacht, waarover hij niet wil uitweiden.

De ‘verbruikte brandstof’ (soms ‘nucleaire as’ genoemd) bevatte naast nikkel ook 10% koper en 11% ijzer. Koper heeft slechts twee stabiele isotopen: ⁶³Cu (69% in de natuur) en ⁶⁵Cu (31% in de natuur). In de ‘verbruikte brandstof’ was koper aanwezig in deze natuurlijke isotoopverhouding. In Rossi’s octrooiaanvraag wordt gesteld dat ⁶²Ni een proton absorbeert en dan ⁶³Cu oplevert. Maar het is onmogelijk dat kernfusie van het in natuurlijk nikkel aanwezige ⁶²Ni (4%) heeft geleid tot 10% koper met de natuurlijke isotoopverhouding. Als het koper het resultaat is van ⁶²Ni+H, dan zou er louter ⁶³Cu zijn geproduceerd. En zelfs dan zou het onmogelijk zijn om uit 4% ⁶²Ni 10% koper te verkrijgen.

Er is gesuggereerd dat de ⁶⁵Cu het resultaat zou kunnen zijn van een andere reactie: ⁶⁴Ni+H. Maar als beide reacties plaatsvonden, dan zou het wel erg toevallig zijn als die samen precies de natuurlijke isotoopverhouding (69:31) opleveren. Bovendien zat er slechts 1% ⁶⁴Ni in de oorspronkelijke brandstof. Als je die optelt bij de 4% ⁶²Ni, dan kom je nog lang niet aan de 10% koper in de nucleaire as. Er is ook geopperd dat de lichtere nikkelisotopen (⁵⁸Ni) wellicht een keten van meerdere fusiereacties ondergaan. Maar hoe kan zo’n ingewikkelde reactieketen precies de natuurlijke isotoopverhouding opleveren?

Het raadsel kan eenvoudig worden opgelost wanneer we aannemen dat Rossi de Zweden geen nucleaire as heeft geleverd, maar een mengsel van natuurlijk nikkel, koper en ijzer. De samenstelling van zijn monster vormt de duidelijkste aanwijzing dat er iets niet in de haak is. Prof. Kullander zag er echter geen kwaad in. In een interview met de Zweedse wetenschapsjournalist Mats Lewan, die zelf ook twee demonstraties mocht bijwonen, zei hij dat de aanwezigheid van beide koperisotopen aantoont dat er nucleaire reacties hebben plaatsgevonden, al vond hij het een ‘beetje raar’ dat de isotoopverhouding niet verschilde van de natuurlijke verhouding.

Het is eveneens merkwaardig dat er geen gammastraling wordt gemeten wanneer de reactor in bedrijf is. Rossi heeft zijn E-Cat afgeschermd met een loden omhulsel dat alle straling zou tegenhouden, maar dat is slechts twee centimeter dik.

Natte stoom

De eerder genoemde Amerikaanse wetenschapsjournalist Steven Krivit uitte zijn ongenoegen over het feit dat de resultaten van de E-Cat nooit op een wetenschappelijke conferentie of in een vakblad zijn gepresenteerd. Rossi publiceert wel regelmatig in het Journal of Nuclear Physics, maar dat is de pretentieuze naam van zijn eigen weblog. Daar reageert hij bijna dagelijks op de commentaren die hij ontvangt. Wetenschappelijke en technische vragen worden meestal weggewuifd. Rossi geeft toe dat hij niet kan verklaren hoe zijn reactor werkt.

Krivit reisde in juni naar Bologna voor een bezoek aan Rossi, die bereid was zijn E-Cat te demonstreren. Hij stelde Rossi en Levi ook een aantal vragen. Dit is vastgelegd op video’s die op YouTube te vinden zijn. In zijn verslag plaatst Krivit grote vraagtekens bij de manier waarop de outputenergie van de E-Cat gewoonlijk wordt gemeten, namelijk door na te gaan hoeveel water er wordt weggekookt. Deze methode is onnauwkeurig omdat er veel onverdampte waterdeeltjes in de stoom kunnen zitten. Daarbij is het belangrijk om te weten dat het wel zesenhalf keer zoveel energie kost om water van 100 graden te verdampen als om het van 18 graden naar het kookpunt te brengen. De vochtigheid van de stoom is nooit betrouwbaar gemeten. Het is zelfs niet uitgesloten dat er soms louter warm water uit de afvoerslang stroomde, want dat werd niet goed in de gaten gehouden. Men nam bij voorbaat aan dat alle water verdampte.

Tijdens de demonstratie waarbij Krivit aanwezig was, werd er volgens Rossi 7 liter water per uur in stoom omgezet. Oplettende waarnemers hadden al eerder vastgesteld dat hij een pomp gebruikt die maximaal 12 liter water per uur kan leveren (per minuut maximaal honderd keer 2 ml). Uit het aantal hoorbare slagen dat de pomp op de video van Krivit maakt, kon men afleiden dat er minder dan 3 liter water per uur door de E-Cat stroomde. Bij de eerste demonstratie in januari had Rossi al eens beweerd dat er per uur 17 liter in stoom werd omgezet.

De stoom werd door een slang naar een afvoer in de muur van een zijkamer geleid. Krivit vroeg Rossi om de slang even uit de afvoer te halen, zodat hij de stoom kon filmen. De uitvinder trok de slang niet meteen uit de opening, maar hield hem eerst zodanig omhoog dat het eventueel aanwezige water kon afvloeien. Er kwamen wat witte wolken (‘natte stoom’) uit de slang. De Zweedse fysicus Peter Ekström wees erop dat de stoom met veel meer kracht uit de slang had moeten spuiten als de E-Cat werkelijk 5 kW (het vermogen van een kookplaat van een fornuis) produceerde, zoals Rossi beweerde. Hij berekende dat de E-Cat niet meer energie hoefde te leveren dan erin werd gestopt.

De afvoerslang is ook te zien in een video van de Zweedse journalist Mats Lewan. In dit geval hing hij in een emmer. Maar toen Lewan in de zijkamer ging kijken, kwam er nog niets uit de slang. Kort daarna was er wel stoom te zien. Lewan zwenkte zijn camera weer naar het hoofdvertrek, waar Rossi was achtergebleven. De proefleider stond voor zijn control unit met een hand aan de knoppen (zie foto’s en video). Toen Lewan de kamer betrad, liet hij het paneel los en wierp een duistere blik in de camera. Had hij even wat bijgeregeld? Steven Krivit plaatste de scène op internet, aangevuld met kritisch commentaar.

Rossi maakte korte metten met het rapport dat Krivit schreef. Op zijn website liet hij weten: THIS IS A SNAKE, NOT A JOURNALIST. Hij veronderstelt dat Krivit hem in opdracht van een concurrent onderuit probeert te halen. De verdedigers van de E-Cat geven toe dat Rossi’s uitspraken soms niet zo nauwkeurig en consistent zijn. Er zijn bovendien nog allerlei vragen onbeantwoord gebleven. De prestaties van de E-Cat lijken echter zo indrukwekkend, dat de aanhangers zich moeilijk kunnen voorstellen dat er slechts simpele meetfouten zijn gemaakt, die door wetenschappers als Giuseppe Levi over het hoofd zijn gezien. Tijdens een interview met Krivit vertelde Levi dat de reactor zelfs nog bleef werken nadat hij een stekker uit het stopcontact had getrokken. Daar komt bij dat het fantastisch goed nieuws zou zijn als je uit een klein beetje nikkel zoveel energie kunt halen.

Massaproductie

De focus van Rossi was al vanaf het begin gericht op industriële en commerciële ontwikkeling. Daarbij kon hij de steun van enkele erkende fysici goed gebruiken, zonder dat het nodig was om de rest te overtuigen. Rossi vertelde dat hij Focardi in 2007 had uitgenodigd voor een betaald advies. Hij wilde graag weten of het zinvol zou zijn om al zijn tijd in de E-Cat te steken. Dit zou niet nodig zijn als Focardi een eenvoudige verklaring kon leveren voor de prestaties van zijn uitvinding. Maar de professor slaagde daar niet in. In maart 2010 publiceerde hij samen met Rossi het artikel ‘A new energy source from nuclear fusion’, dat in Rossi’s eigen webtijdschrift verscheen. Hij bracht de uitvinder in contact met diverse bevriende collega’s, waaronder de bejaarde Griekse professor Christos Stremmenos, die enkele artikelen voor Rossi’s website schreef. Vier van de acht redacteuren van Rossi’s Journal of Nuclear Physics komen van de Universiteit van Bologna.

Twee dagen na de persconferentie in Bologna schreef Rossi op het blog van de New Energy Times: ‘De tijd voor mentale zelfbevrediging is voorbij. Het is nu tijd voor feiten, en dat zijn werkende reactoren en tevreden klanten.’ Met behulp van een E-Cat zou 100 gram nikkelpoeder ter waarde van 2 euro genoeg zijn om gedurende zes maanden continu 10 kW te verkrijgen. Rossi spant zich naar eigen zeggen niet in om rijk te worden, maar om de mensheid van dienst te zijn. Zijn winst wil hij voor de helft ten goede laten komen aan kinderen met kanker.

Rondom de ontwikkeling en financiering van de E-Cats is een gecompliceerd netwerk van bedrijven opgetrokken, waaronder drie die in hetzelfde kantorencomplex in New Hampshire zijn gevestigd. Leonardo Technology Inc. houdt zich tegenwoordig bezig met advisering en wordt geleid door Robert Gentile, die in het verleden ruim een jaar Assistent Secretary of Energy was in het kabinet van George Bush sr. Hij was in 2009 ook betrokken bij de oprichting van het bedrijf Ampenergo, dat in de VS de marketing en royalties van de E-Cat moet gaan verzorgen, en naar investeerders zoekt. Een andere medeoprichter van Ampenergo is Karl Norwood, een makelaar die in bedrijfsruimten handelt en hetzelfde telefoonnummer heeft als LTI. De eerste serie E-Cats zou volgens Rossi door de Amerikaanse Leonardo Corporation worden geproduceerd, terwijl de rechten en patenten worden beheerd door de Italiaanse firma EFA srl, die voor 70% in bezit is van zijn echtgenote. In april 2011 is er een Italiaans octrooi afgegeven voor de E-Cat.

Rossi sloot een overkomst met het bedrijf Defkalion Green Technologies (vernoemd naar een zoon van Prometheus, die als een Griekse Noach aan een zondvloed ontsnapte). Het bedrijf wilde in Griekenland een kleine elektriciteitscentrale opstarten. Met behulp van honderd E-Cats zou de centrale een megawatt kunnen produceren, een bescheiden begin van een wereldwijde overschakeling op een goedkope en schone vorm van energieopwekking.

In juni 2011 hield Defkalion een persconferentie waar prof. Stremmenos als een van de vertegenwoordigers van het bedrijf optrad. Men was van plan om in de loop van 2012 in Griekenland te beginnen met de productie van 300.000 E-Cats per jaar. In juli verspreidde Defkalion een brief voor ondernemers die belangstelling hadden om zelf E-Cats te gaan maken. Daarvoor moest per fabriek een royalty van 40,5 miljoen euro worden betaald, plus een percentage voor elk verkocht product. Volgens Defkalion waren er al veel geïnteresseerden. Het moederbedrijf Praxen Defkalion staat geregistreerd in Cyprus, waar de wetgeving het mogelijk maakt om als investeerder anoniem te blijven.

Defkalion verklaarde dat men in overleg met Rossi een aangepaste en veilige versie van de E-Cat heeft ontwikkeld. Deze zal onder de naam Hyperion op de markt worden gebracht. Het product was al uitvoerig getest en leverde 20 keer zoveel energie op als men erin stopte. In augustus liet Rossi echter onverwacht weten dat hij de samenwerking met Defkalion heeft beëindigd omdat het bedrijf niet met geld over de brug kwam. Hij bestrijdt dat Defkalion E-Cats kan maken, omdat hij zijn geheim nog aan niemand heeft verklapt. De centrale van een megawatt wordt nu niet in Griekenland opgestart, maar eind oktober in de VS, waar Rossi naar eigen zeggen een reusachtige investeerder heeft aangetrokken.

Half september publiceerde de journalist Mats Lewan een kort verslag van een test met een extra grote E-cat, die 2,6 kilowatt stroom verbruikte. Na anderhalf uur werd de stroomtoevoer 35 minuten uitgeschakeld. Zoals op een video is te zien, bleef het apparaat stoom produceren, al kwam er ook veel water uit. Lewan publiceerde tevens een video van Rossi’s energiecentrale, een grote container met 52 E-Cats van het nieuwste type. Dat zou voldoende zijn om een megawatt te produceren. De container wordt verscheept naar de VS. Velen hopen dat zich daar spoedig de laatste akte van het verhaal zal afspelen, al mogen nieuwe en onverwachte wendingen niet worden uitgesloten. Is het een klucht, een drama, een krimi of een successtory? De nieuwste ontwikkelingen zijn onder meer te volgen op de websites van Krivit en Lewan.

Wie zou niet stiekem durven hopen dat Rossi toch gelijk heeft? Voorlopig lijkt het echter niet verstandig om te investeren in zijn schimmige firma’s. De E-Cat is nooit fatsoenlijk getest door een onafhankelijke partij en er zijn sterke aanwijzingen dat er allerlei dingen niet kloppen. Het lijkt niet aannemelijk dat Rossi de gevestigde ideeën over nucleaire fusie onderuit kan halen. Al tweemaal eerder riep hij eureka en begon aan de grootschalige ontwikkeling van technologieën die te mooi waren om waar te zijn. Het is een geschiedenis van veel beloven en weinig leveren. Ook het koude-kernfusie-establishment is niet zo blij met Rossi. Men ziet met lede ogen toe hoe beunhazerij het vakgebied wederom een slechte reputatie lijkt te gaan bezorgen.

Hoe werkt koude kernfusie?

Atoomkernen zijn positief geladen. Ze stoten elkaar af wanneer ze dicht bij elkaar in de buurt komen. Dankzij deze zogenaamde coulombkracht blijft een waterstofkern onder normale omstandigheden intact. Om atoomkernen te laten fuseren moet de coulombbarrière worden overwonnen. Dan kan er een relatief grote hoeveelheid energie vrijkomen. Kernfusie is de reden dat de zon schijnt. In het binnenste van de zon is de temperatuur zo’n 15 miljoen graden Celsius. De warmtebeweging van afzonderlijke protonen heeft bij zo’n hoge temperatuur voldoende energie om de coulombafstoting te overwinnen. Protonen versmelten op grote schaal in het binnenste van de zon. Het is een kettingreactie die nu al 5 miljard jaar duurt.

Het is ook mogelijk om op aarde protonen te doen fuseren. Maar om dit op enige schaal te realiseren zijn temperaturen en drukken nodig die alleen maar met een atoomexplosie gehaald kunnen worden. Een waterstofbom moet dan ook worden aangestoken met een kernsplijtingsbom. Voor minder destructieve toepassingen dient de explosie te worden opgesloten en beheerst. Dat is vrij eenvoudig in het geval van een ordinaire verbrandingsmotor. In het binnenste van de zon wordt de druk geleverd door de druk die de buitenste lagen uitoefenen. Op aarde is het echter vrijwel onmogelijk om de voor gereguleerde kernfusie vereiste krachten te ontwikkelen. Geen enkel materiaal blijft in vaste vorm bij de temperaturen die nodig zijn om protonen te doen fuseren.

Niets zou mooier zijn dan een truc om de coulombbarrière gedeeltelijk te omzeilen en een kernfusie-kettingreactie te verkrijgen bij een veel lagere temperatuur. Bij ‘gewone’ temperaturen bewegen elektronen en atoomkernen op ongeveer 0,1 nanometer (1 nm = 10^-9 m) van elkaar en zijn de wisselwerkingsenergieën van de orde van grootte van een elektronvolt (eV). Om kernreacties te krijgen moet je naar het niveau van femtometers (1 fm = 10^-15 m) en MeV’s (1 MeV = 10⁶ eV). De wereld van de kwantumfysica bevat veel verrassingen, maar een factor van een miljoen sjoemel je niet zomaar weg.

Het was onduidelijk hoe de kernfusie van Pons-Fleischmann bij kamertemperatuur precies in z’n werk was gegaan. Naar het scheen hadden ze warmte geproduceerd door met uiterst eenvoudige apparatuur waterstof in helium om te zetten. Met de recente ontdekking van supergeleiding in het achterhoofd waren fysici in eerste instantie terughoudend met het uiten van scepsis ten aanzien van de koude kernfusie. Een bron van goedkope en schone energie zou bovendien zeer welkom zijn. De wereld keek toe toen tientallen laboratoria de resultaten trachtten te reproduceren. De droom viel in de loop van een paar maanden uiteen toen de experimenten niet herhaalbaar bleken.

Water (H₂O) kan door elektrolyse in waterstof (H) en zuurstof (O) worden gesplitst. Men steekt dan eenvoudigweg een positieve elektrode (anode) en een negatieve elektrode (kathode) in het water. Al voor de Tweede Wereldoorlog was ontdekt dat een van palladium (Pd) gemaakte kathode op grote schaal protonen kan opnemen. Fleischmann zelf is betrokken geweest bij onderzoek naar dit fenomeen. In 1972 publiceerde hij een artikel over de diffusie van waterstofkernen in zo’n kathode van palladium. Een kern van een waterstofatoom kan een gewoon enkel proton zijn (H). Maar het kan ook een verbinding zijn van een proton en een neutron, een zogenaamd deuteron (D). Fleischmann beschreef in 1972 hoe protonen en deuteronen zich verschillend gedragen binnen een palladiumrooster.

De gedachtesprong naar koude kernfusie is gauw en gemakkelijk gemaakt. In zo’n palladiumrooster kunnen deuteronen dicht bij elkaar worden gebracht. De elektrische afstoting tussen deuteronen wordt verminderd omdat ze zich te midden van een soort afschermend elektronengas bevinden. Na eventuele versmelting van twee deuteronen ontstaat er een heliumkern. Bij die fusie komt veel energie vrij.

Om een idee te krijgen van de schaal zou men zich de protonen of deuteronen kunnen voorstellen als elkaar afstotende muggen – ze vliegen rond op een afstand van zo’n honderd meter van elkaar en eens per ruwweg een miljoen ‘botsingen’ krijgt zo’n mug vijfmaal de gemiddelde bewegingsenergie; daarmee kan een andere mug tot op 20 meter genaderd worden, zo sterk is de afstoting. Om twee muggen elkaar te doen aanraken (afstand 0,1 mm) is wel honderdduizendmaal de gemiddelde bewegingsenergie nodig.

Dat er in het geval van koude kernfusie nog altijd zoveel ‘gelovigen’ zijn, heeft waarschijnlijk veel te maken met het grillige gedrag van Pons-Fleischmannsystemen. De bovenstaande illustratie laat zien hoe de warmteontwikkeling in zo’n systeem zich gedraagt in de loop van 15 dagen. Er loopt continu een constante elektrolysestroom door het systeem. Deze stroom vormt een input van energie. De warmteontwikkeling vormt de output van energie. Oscillaties zijn niet ongewoon voor systemen die energie doorgeven. Het is waarschijnlijk dat er een soort sneeuwbaleffect, een positieve feedback, aan de basis ligt van de grote fluctuatie die op dag 66 begint. Zo zou een aanvankelijke kleine warmteontwikkeling kunnen veroorzaken dat er protonen en/of deuteronen uit de palladiumkathode naar de oplossing gaan en daar reageren met zuurstof. Dat zou meer warmteontwikkeling kunnen veroorzaken, etc. Het gaat door totdat de kathode bijna leeg is.

Na afkoeling kan het rooster weer opnieuw protonen en/of deuteronen gaan opnemen. Een heel kleine fluctuatie op moleculair niveau kan de sneeuwbal in gang zetten en hierin ligt dus de onvoorspelbaarheid. Bij grote warmteontwikkeling aan de kathode is het verder waarschijnlijk dat de warmte niet meer homogeen over de vloeistof in de reageerbuis verdeeld blijft. Er kunnen convectiestromen ontstaan. Als je er dan vanuit blijft gaan dat de temperatuur die je meet op een bepaalde locatie in de reageerbuis overal in de buis van toepassing is, dan kun je inderdaad tot de conclusie komen dat er meer thermische energie wordt ontwikkeld dan dat er aan elektrische energie in het systeem wordt gestopt. ‘Tens of millions of dollars at stake, dear brother, because some scientist put a thermometer at one place and not another’, zei de Stanford-kernfysicus Walter Meyerhof in mei 1989.