Iets in een bekerglas

Tien jaar geleden zetten twee elektrochemici de wereld even op zijn kop met de claim van kernfusie in een bekerglas water....

DE ENGELSE elektrochemicus prof. dr. Martin Fleischmann en zijn Amerikaanse collega-onderzoeker dr. Stanley Pons zetten tien jaar geleden de wereld op zijn kop. Hun beweringen over koude kernfusie, geuit tijdens een hectische persconferentie op de universiteit van Utah in Salt Lake City op 23 maart 1989, sloegen in als een bom.

Een simpel bekerglas gevuld met zwaar water en twee elektroden erin waarvan een van het edelmetaal palladium, zou als bijna oneindige warmtebron kunnen worden gebruikt, luidde de simpele samenvatting. Wereldnieuws was dat, maar onder collega's heerste groot ongeloof.

Het failliet van de oliemaatschappijen lag in het verschiet, energie zou onuitputtelijk en goedkoop worden, leek het even. Maar tegelijkertijd gingen er vingers naar veelal hoge voorhoofden. Zoiets - energie uit niets - was per slot van rekening verboden volgens de basiswetten van de thermodynamica.

Ondanks die theoretische verboden vlogen honderden onderzoekers over de hele wereld naar het laboratorium. Beide elektrochemici, met name Fleischmann, stonden per slot van rekening bekend als gerenommeerd onderzoekers. Bekerglazen en meetapparatuur werden uit het magazijn gerukt en platina- en palladiumdraden uit de laden van het scheikundepracticum gehaald.

Chemici en fysici van onder andere enkele gerenommeerde fusielaboratoria in de VS en Europa kwamen, na maanden zwoegen, echter tot de conclusie dat het onzin moest zijn wat die twee hadden gemeten, daarmee hun eerste impuls bevestigend. Ze konden de onderzoeksresultaten van Fleischmann en Pons niet reproduceren.

En dus sloeg het ongeloof toe. Onafhankelijke herhaling door andere onderzoeksgroepen op basis van de in de literatuur beschreven receptuur is per slot van rekening een eerste vereiste voor de betrouwbaarheid van een vinding. Al binnen een half jaar na Salt Lake City haakten de meeste onderzoekers weer af.

Het onderzoek van de twee werd betiteld als slecht, vol fundamentele meetfouten, terwijl ook vele malen het woord fraude viel. Slechts in enkele laboratoria werden desondanks meerjarenprogramma's opgezet, onder andere in de VS en Japan. Daar is in de loop der jaren wereldwijd naar schatting bijna tweehonderd miljoen gulden aan koude-kernfusieonderzoek uitgegeven, ook weer zonder noemenswaardige resultaten.

Slechts enkele onderzoekers claimen de experimenten van Fleischmann en Pons te kunnen bevestigen, waaronder groepen in Italië en Japan. En een beperkte groep onderzoekers houdt zich nog steeds bezig met koude kernfusie. Enkele honderden naar schatting, die elkaar jaarlijks treffen op een speciale bijeenkomst, inmiddels hun enige podium om iets over onderzoeksresultaten te kunnen vertellen.

De gevestigde wetenschap, die vele honderden onderzoekers die het niet konden vinden, met het daarbij behorende netwerk van wetenschappelijke tijdschriften, heeft hen volledig geïsoleerd. Het heeft van de koude-kernfusie-adepten een soort melaatsen gemaakt, zo ook van beide hoofdrolspelers.

Direct na de persconferentie, ondanks het gejoel der officiële wetenschap, konden de twee met geld van de universiteit van Utah - in ruil voor patenten - doorgaan met hun onderzoek, op een grotere schaal dan daarvoor.

Begin jaren negentig vluchtten ze vanwege de vele terechte en onterechte kritiek naar Frankrijk naar een laboratorium in de buurt van Nice, dat werd gefinancierd door de Japanse Toyota-groep. Volledig afgesloten van de buitenwereld zetten ze daar hun onderzoek voort, vervuld van wrok en onbegrip over de houding van de gevestigde wetenschap. In 1997 is het onderzoek gestopt, zonder dat er enige ruchtbaarheid aan is gegeven. De reden laat zich raden. En ook in Japan is de overheidsfinanciering voor fusieonderzoek stopgezet vanwege niet eenduidige, niet reproduceerbare resultaten.

De uitvoering van een koude-kernfusie-experiment is al even simpel als de achterliggende theorie. Wanneer er door twee elektroden in een bekerglas gevuld met zwaar water (in plaats van waterstof de zwaardere variant deuterium) een flinke stroom wordt gestuurd, wordt dit zware water gesplitst.

Aan de platina-elektrode vormt zich zuurstofgas, en aan de palladiumelektrode ontstaat deuteriumgas. De deuteriumatomen lossen daarbij als het ware op in het vaste palladium. In het palladiumrooster is daarvoor veel ruimte, meer dan in andere metalen.

Tijdens de elektrolyse komen die deuteriumkernen in het kristalrooster van palladium nu en dan erg dicht bij elkaar, zo dicht zelfs dat de atoomkernen fuseren. Bij dit fusieproces komt extreem veel energie vrij, is de theorie.

Het nettoresultaat is dat er meer energie in de vorm van warmte uit het bekerglas vrijkomt, dan er aan elektriciteit in wordt gestopt, tot soms een factor twee à vier, luidde de ongelofelijke claim van Fleischmann en Pons tijdens hun persconferentie tien jaar geleden.

In de loop der jaren zijn de proefopstellingen overigens aanzienlijk complexer geworden, om steeds nauwkeuriger de warmte-effecten te meten. In het begin was kernfusie het dragende begrip. Wanneer kernen fuseren komt niet alleen veel energie vrij, maar ook neutronen of helium en gammastraling, al naar gelang het reactiemechanisme.

Tijdens de experimenten wordt voornamelijk extra warmteontwikkeling gemeten en geen - of althans weinig overtuigend - neutronen. Dat zou nog kunnen; er zijn fusiemechanismen denkbaar waarbij geen neutronen vrijkomen, maar helium als afvalproduct. De laatste jaren claimen groepen helium in het water aan te treffen. Een probleem is dat helium ook van nature voorkomt in de lucht, en dat gas kan dus ook zo in het water terecht zijn gekomen.

Het is een van de kritiekpunten die sceptici van koude kernfusie hanteren. Veruit de grootste cynicus over het koude kenfusie-onderzoek van de afgelopen tien jaar is prof. dr. Steven Jones van Brigham University in Provo, in de Amerikaanse staat Utah. Jones werkt al sinds 1985 aan zogeheten piëzo-nucleaire fusie, een ander soort koude kernfusie, die wel geheel volgens bestaande theoretische modellen te verklaren is. Maar zonder energie uit niets.

'Wanneer er geen reactieproducten kunnen worden aangetoond die iets met kernfusie te maken hebben, komt er ook geen overschot aan warmte vrij, zo simpel is dat', sneert Jones. De afgelopen jaren heeft hij samen met enkele medewerkers gelijksoortige experimenten uitgevoerd als Fleischmann en Pons, waarbij er vooral werd gelet op de experimentele fouten die zijn te maken. Hij publiceerde er een tiental artikelen over, de laatste begin vorig jaar. 'Mijn tijd voor dit soort dingen is ook maar beperkt.'

De mogelijke fouten zijn talloos. Niet alleen het goed meten van de aanwezigheid van reactieproducten - heliumgas of neutronen dus - is een probleem. Ook calibratie van de warmtemeters met nul-experimenten, zonder stroomdoorvoer bijvoorbeeld, is cruciaal voor dit type proeven. Critici hebben Fleischmann en Pons, en hun latere navolgers, daar talloze malen op aangesproken.

Jones: 'Mogelijk nog ingewikkelder is het meten van warmte-effecten. Deuteriumgas bijvoorbeeld dat aan de palladiumelektrode wordt gevormd, lost deels op in het water, en diffundeert vervolgens in de richting van de andere elektrode. Onderweg reageert het chemisch met daar gevormd zuurstofgas tot water. De warmte die daarbij vrijkomt, moet in rekening worden gebracht. Het extra warmte-effect dat die fusie-adepten claimen, laat zich grotendeels hierdoor verklaren.'

Fleischmann ontkent deze simpele verklaring. 'Talloze malen zijn er materiaalbalansen opgesteld, zijn gasvolumes gemeten. Trivialiteiten waarop Jones wijst, zijn geëlimineerd.'

Meer over