Telur sig nálgast að finna ódýra, hreina og nánast óþrjótandi orkulind

  

Hér má heyra fréttaviðtal við Svein Ólafsson

 Hinn ofurþétti vetn­is­fasi Leifs Hol­mild er þá orðinn lík­leg­asta ferlið sem hef­ur valdið hinum dul­ar­fullu niður­stöðum um kald­an samruna síðustu 25 árin,“ seg­ir Sveinn Ólafsson, vís­indamaður við HÍ, um upp­götv­un hans og sænsks efna­fræðings. Sveinn seg­ir aðferðina gætu um­bylt orku­vinnslu á Íslandi.

Sveinn seg­ir rúm­an ald­ar­fjórðung liðinn síðan greint var frá fyrstu niður­stöðunum varðandi kald­an samruna. Síðan hafi mikið vatn runnið til sjáv­ar.

Frétt mbl.is: Yrði enda­laus orka

„Fyr­ir 26 árum, nán­ar til­tekið 23. mars 1989, til­kynnti Utah-há­skól­inn í Banda­ríkj­un­um á fræg­um blaðamanna­fundi, að tek­ist hefði að fram­kvæma kald­an samruna við venju­leg­ar her­bergisaðstæður og fá fram kjarna­samruna tveggja vetn­isatóma og mynd­un hel­íns. Raf­efna­fræðing­arn­ir Stanley Ponz og Mart­in Fleichmann stóðu að baki þess­ari vinnu en þeir voru báðir virt­ir vís­inda­menn á sínu sviði.

Þetta varð heims­frétt sem varð þess vald­andi að hafn­ar voru til­raun­ir til að staðfesta niður­stöður þeirra Fleischmann og Ponz. Eft­ir stutt­an tíma, eða inn­an mánaðar, fóru niður­stöður að ber­ast og voru flest­ar nei­kvæðar og til að gera langa og dram­tíska sögu stutta yf­ir­gaf vís­inda­heim­ur­inn þá fé­laga inn­an árs og má segja að rann­sókna­sviðið hafi lent í vís­inda­legu einelti sem birt­ist einkum í þögn og fá­læti,“ seg­ir Sveinn og tek­ur dæmi.

Var neitað um birt­ingu grein­ar­inn­ar

„Rit­stjór­ar virtra vís­inda­rita fylgdu hóph­ugs­un­inni og neituðu grein­um birt­ingu. Nó­bels­verðlauna­haf­an­um Ju­li­an Schw­in­ger var til dæm­is neituð birt­ing á kenni­legri grein sem olli því að hann sagði sig úr Banda­ríska eðlis­fræðifé­lag­inu. Fras­ar á ensku eins og pat­hological science (vís­indi þar sem falsk­ar niður­stöður ráða för) fest­ust fljótt við rann­sókn­ar­sviðið og í harðri bar­áttu um rann­sókn­ar­fé var ekki væn­legt að nefna cold fusi­on, eða kald­an samruna, í um­sókn­um, eða þá fyr­ir ungt vís­inda­fólk að hætta sér á þessa braut. Fjár­magn til rann­sókna hvarf á þessu sviði,“ seg­ir Sveinn.

Hvað er þá samruna­orka og af hverju er kald­ur samruni tal­inn vera svona óhugs­andi?

„Í hnot­skurn má segja að venju­leg heit samruna­orka sé und­ir­staða orku og lífs á jörðinni. Samruna­orka á sér stað í innsta kjarna sól­ar­inn­ar, orku­los­un­in hit­ar hana upp og breyt­ir henni í þann hitalampa sem við þekkj­um á himni.

Í sól­inni eiga sér stað nokkr­ar gerðir af mjög hæg­um en líka hröðum samruna­hvörf­um sem þurfa háa hreyfi­orku og þéttni til að hvörf­in viðhald­ist. Í kjarna sól­ar­inn­ar er þyngd­ar­kraft­ur­inn og hita­stig það hátt að þéttn­in er á við 160-falda þéttni vatns og er hita­stigið um 16 millj­ón gráður. Þetta mikla hita­stig – og þar með hreyfi­orka vetniskjarna í sól­inni – ger­ir þeim kleift að yf­ir­vinna frá­hrindikrafta milli tveggja vetniskjarna sem verða til vegna þess að þeir eru báðir já­kvætt hlaðnir. Samruni tveggja vetniskjarna verður hins veg­ar fyrst þegar fjar­lægð milli agn­anna fer að nálg­ast einn þúsund­asta af fjar­lægð tveggja atóma í venju­legri vetn­isam­eind H₂.“

Nálg­ast 50.000 raf­einda­volt

Sveinn held­ur áfram að út­skýra samruna­ferlið.

„Við þessa fjar­lægð er svo­nefnd frá­hrindiraf­stöðuorka eind­anna að nálg­ast 50.000 raf­einda­volt en við þessa fjar­lægð byrj­ar þriðji frum­kraft­ur eðlis­fræðinn­ar, sterki kraft­ur­inn, eða kjarnakraft­ur­inn, að verða virk­ur. Eins og nafnið gef­ur til kynna þá yf­ir­vinn­ur þessi kraft­ur frá­hrind­andi raf­kraft­inn og kjarn­arn­ir sam­ein­ast. Við samruna tveggja vetniskjarna verður eng­in orku­los­un og kjarn­arn­ir falla í sund­ur aft­ur nema hvað það kem­ur ör­sjald­an fyr­ir að fjórði kraft­ur eðlis­fræðinn­ar, veiki kraft­ur­inn, nær að breyta vetniskjarna (róteind) í óhlaðna nifteind og fiseind.

Við þá umbreyt­ingu verður orku­los­un og samruni einn­ar róteind­ar og einn­ar nifteind­ar í einn sam­eig­in­leg­an kjarna sem geng­ur und­ir nafn­inu tví­vetni. Tví­vetnið verður þá aðal samruna- og brennslu­efni sól­ar­inn­ar, enda er samruni þess við annað tví­vetni og mynd­un hel­ínkjarna mun lík­legri en umbreyt­ing vetn­is í tví­vetni. Fyrsta skrefið er hins­veg­ar hæg­asta ferlið og ákveður grunn­bruna­hraða sól­ar­inn­ar. Gróft á litið má því segja að fjór­ir vetniskjarn­ar myndi einn hel­ínkjarna í nokkr­um hvarfa­skref­um,“ seg­ir Sveinn.

Stærð sól­ar­inn­ar skipt­ir máli

„Þrátt fyr­ir þessa yfirþyrm­andi aðstæður fram­leiðir innsti kjarni sól­ar minni orku en sam­bæri­legt rúm­mál lík­ama okk­ar brenn­ir til að viðhalda starf­semi sinni. Það er hin gríðarleg stærð sól­ar og hæg orku­út­geisl­un sem veld­ur því að hún hitn­ar og verður að þess­um sóllampa sem við þekkj­um. Þessi hæga orku­fram­leiðsla sól­ar­inn­ar  veld­ur því hins­veg­ar að hún geisl­ar orku sinni og mun baða jörðina í geisl­um sín­um næstu millj­arða ára,“ seg­ir Sveinn.

Hvert er þá orku­inni­hald samruna­ork­unn­ar í til dæm­is einu glasi af vatni?

„Gróf­lega má marg­falda með millj­ón og segja að lítri af vatni sé á við millj­ón lítra að bens­íni. Lind­ar­vatnið er því ansi magnað af orku ef hægt væri að finna leið til að nýta hana.“

Sveinn seg­ir að síðustu ára­tugi hafi farið fram mikl­ar rann­sókn­ir til að líkja eft­ir starf­semi sól­ar­inn­ar í til­rauna­klef­um, með því að hita vetn­is- og tví­vetn­isgas upp í hita­stig sem lík­ist sól­inni. „ITER er sam­eig­in­legt rann­sókn­ar­verk­efni sem miðar að því að geta með samruna brennt þrívetni og tví­vetni á stór­um skala um miðjan næsta ára­tug. Þetta er gíf­ur­lega erfitt verk­efni og mun erfiðara en ella þar sem hita­stig í ITER-samruna­ofn­in­um þarf að vera mun hærra en í sól­inni til að orku­fram­leiðslan verði nógu hröð. Því er ITER í raun að líkja eft­ir samruna sem á sér stað eft­ir að spreng­istjarna hef­ur sprungið. Einn af kost­um heits kjarna­samruna er tal­inn vera minni geisla­virkni en verður til í venju­leg­um kjarna­kljúf­um eins og í Cherno­byl og Fukus­hima,“ seg­ir Sveinn um kjarn­orku­ver­in í Úkraínu og Jap­an.

Aðrir hóp­ar staðfestu niður­stöðurn­ar

Af hverju er kald­ur samruni aft­ur kom­inn á til­rauna­borðið sem rann­sókn­ar­efni?

„Staðreynd­in er sú að þegar árið 1989 náðu aðrir rann­sókn­ar­hóp­ar að end­ur­taka og staðfesta til­raun Fleis­hm­an og Ponz en þeir voru þó ekki marg­ir. Segja má að þegar árið 1992 hafi end­an­lega verið búið að staðfesta að Fleis­hm­an og Ponz höfðu haft rétt fyr­ir sér varðandi um­framorku. Til­raun­irn­ar gáfu stund­um í stutt­an tíma merki um um­framorku sem var of mik­il til að hún gæti verið vegna venju­legra efna­fræðihvarfa. Þetta var þó ákaf­lega erfitt að end­ur­taka; 5-10% til­rauna gáfu já­kvæð svör um um­framorku. En einn stór vandi var á hönd­um; aðeins sáust smá­vægi­leg um­merki um geisla­virkni í til­raun­un­um. Geisla­virkn­in var alltof lít­il miðað við það sem vænta mátti frá samruna­kjarna­hvörf­um. Hér er komið helsta vanda­mál kalds samruna. Það er ekki til nein fræðileg út­skýr­ing á fyr­ir­bær­inu!“

Sveinn seg­ir vís­inda­menn sem trúa á aðferðina hafa orðið að jaðar­hópi.

„Þeir vís­inda­menn sem staðfestu til­raun­ina frá 1989 urðu að ein­angruðum hópi vís­inda­manna sem hitt­ust á sam­eig­in­leg­um ráðstefn­um um kald­an samruna (ICCF) og var sú 19. hald­in í maí síðastliðnum í Padua á Ítal­íu. Hóp­ur­inn sam­an­stóð mest af eldri vís­inda­mönn­um sem gerðu þess­ar rann­sókn­ir sam­hliða öðrum viður­kennd­ari rann­sókn­um á rann­sókna­stof­um sín­um. Jafn­framt voru rann­sókn­ir oft fjár­magnaðar af einkafram­tak­inu einu sam­an.“

Vöktu ekki mikla at­hygli í vís­inda­heim­in­um

Sveinn seg­ir lang­an aðdrag­anda að sam­starfi hans og sænska efna­fræðings­ins Leif Hol­milds.

„Árið 2008 birti Leif Hol­mlid, pró­fess­or við Gauta­borg­ar-há­skóla í Svíþjóð, fyrstu grein sína um til­vist ofurþétt vetn­is­fasa. Geisl­un á þenn­an vetn­is­fasa með orku­litl­um „púlsuðum“ leysi­geisla sýndi fram á til­vist samruna. Leif hef­ur síðan birt fjölda greina um eðli og hegðun þessa ofurþétta vetn­is­fasa. Niður­stöður hans vöktu ekki mikla at­hygli í vís­inda­heim­in­um og þóttu of ótrú­leg­ar og eng­inn hef­ur reynt að staðfesta eða rengja niður­stöður hans.

Það var svo í lok árs 2013 að ég hafði sam­band við hann vegna hugs­an­legra tengsla þess­ara mæl­inga við fyr­ir­bærið kald­an samruna.

Ég spurði Hol­mild hvort hann hefði reynt að fá fram kald­an samruna með þess­um til­tekna vetn­is­fasa. Svarið var fyrst nei. Ég reiknaði þá dæmið og fann út að þetta gæti gengið upp. Í kjöl­farið hófst sam­starf okk­ar,“ seg­ir Sveinn og út­skýr­ir málið nán­ar.

„Hol­mild hef­ur notað þenn­an til­tekna hvata í til­raun­um með vetni til fjölda ára. Þessi hvati mynd­ar til­tek­inn fasa af vetni. Þessi fasi umbreyt­ist síðan í ofurþétt vetni, en það þýðir að mjög lít­il fjar­lægð er milli sam­einda. Þegar fjar­lægðin er orðin svona lít­il eru lík­ind­in á samruna vetn­is í hel­ín orðin miklu meiri.“

Lík­leg­asta ferlið að baki hinum dul­ar­fullu niður­stöðum

Til upp­rifj­un­ar er vetnið fyrsta frum­efnið í lotu­kerf­inu og er hel­ín, frum­efni núm­er 2 í lotu­kerf­inu, gert úr tví­vetnis­kjörn­um.

„Fyrsta grein­in í sam­starf­inu birt­ist 14. júli í In­ternati­onal journal of Hydrogen Energy og sýn­ir grein­in fram á að ofurþétti vetn­is­fasinn er að senda orku­rík­ar eind­ir frá sér án þess að leysi­geisl­inn sé notaður til að hefja ferlið. Hinn ofurþétti vetn­is­fasi Leifs er þá orðinn lík­leg­asta ferlið sem hef­ur valdið hinum dul­ar­fullu niður­stöðum um kald­an samruna síðustu 25 árin,“ seg­ir Sveinn sem tel­ur þess­ar niður­stöður geta rutt braut­ina fyr­ir aðra vís­inda­menn.

Ný­fram­kvæmd­ir við jarðvarma­virkj­an­ir gætu lagst af

Hann seg­ir kald­an samruna gætu haft víðtæk áhrif fyr­ir heims­byggðina.

„Kald­ur samruni mun stór­minnka þörf á jarðeldsneyti og þar með draga úr kol­efn­is­los­un vegna bruna eldsneyt­is. Fyrsta sam­fé­lags­breyt­ing kalds samruna verður land­fræðileg. Það verður hægt að afla orku hvar sem er. Köld, heit, blaut, eða há landsvæði verða byggi­leg og munu því hugs­an­leg draga úr aðdrátt­ar­afli þéttra borg­ar­sam­fé­laga.

Ísland mun njóta góðs af köld­um samruna á sama hátt og önn­ur lönd. Sérstaða lands­ins mun breyt­ast hvað varðar að landið mun ekki verða eft­ir­sótt vegna ódýrr­ar orku fyr­ir stóriðju. Lík­lega munu nú­ver­andi fjár­fest­ing­ar og mann­virki á sviði raf­orku halda sam­keppn­is­hæfni svo lengi sem eig­end­ur hafa áhuga á að nýta ork­una næstu ára­tug­ina en ný­fram­kvæmd­ir á sviði jarðhita og vatns­orku munu lík­lega leggj­ast af.

Jarðhitaþekk­ing gæti að hluta orðið óþörf, en áfram­hald­andi þörf yrði fyr­ir þekk­ingu á sviði gufu­fram­leiðslu, túr­bínu­hverfl­um, kæliturn­um og raf­orku­fram­leiðslu. Orku­fyr­ir­tæki lands­ins munu þurfa að fylgj­ast grannt með þessu rann­sókn­ar­sviði strax á þessu ári til að fara ekki í nýj­ar fjár­fest­ing­ar sem gætu verið yf­ir­gefn­ar eða hætt við inn­an ein­hvers ára­fjölda,“ seg­ir Sveinn Ólafs­son vís­indamaður

 

 

Heimild: Mbl + Visir