Näytetään tekstit, joissa on tunniste E-cat. Näytä kaikki tekstit
Näytetään tekstit, joissa on tunniste E-cat. Näytä kaikki tekstit

torstai 30. elokuuta 2012

ESTCube loppusuoralla

Sähköpurjekolumni 30.8.2012

ESTCube-1 -piensatelliitin aikataulu aikaistuu: satelliitin luovutus on näillä näkymin joulukuussa ja laukaisu maaliskuussa. Tällä hetkellä ei ole vielä varmaa ehditäänkö kaikki saada valmiiksi ja testattua syksyn aikana, mutta yritys on kova. ESTCube-1:n laukaiseminen nopeutetussa aikataulussa olisi hyvä koska silloin ESTCube-1:n tulokset ja mahdollisesti ilmenevät ongelmat ehditään ottaa huomioon Aalto-1 -satelliittia rakennettaessa.

Viron ensimmäinen satellitti valmistumassa.
 Ensimmäinen yritys kilometrin pituisen nelilankaisen liean tekemiseksi on suunnitelmissa aloittaa lähipäivinä. Jos kaikki menee hyvin, työ kestää pari viikkoa. Harjoituksena ESTCube-1 lentomallin tuotantoa varten tehtaalla tuotettiin viime viikolla kymmenmetrinen lieka. Automaattinen tuotanto kesti kolme tuntia ja se keskeytyi kerran laitteen omaan virheilmoitukseen joka fiksattiin manuaalisesti. Nyt tuotettava lieka on muuten lopullisen kaltaista paitsi että sen silmukkalangoissa on tuotantomenetelmästä johtuvat ylimääräiset taitokset. Taitoksista on tarkoitus päästä eroon liekatehtaan seuraavassa kehitysversiossa, vaikka taitoksiakin sisältävä lieka kelpaisi hyvin ESTCube-1 ja Aalto-1 -satelliitteihin. Lieka tuotetaan suoraan avaruuteen lentävälle puolalle. Vaikka liean voi periaatteessa siirtää kelalta toiselle, sitä ei tehdä koska ohuen liean turhaa käsittelyä halutaan välttää.

Andrea Rossin reaktorikeksintö on edennyt nopeasti. Hän on nostanut ytimen lämpötilan tuhanteen asteeseen, 10.9. on luvassa tarkempi raportti ja lokakuussa riippumattomien yliopistotahojen antama testiraportti. Toisaalta Francesco Celani (Frascatin kansallinen laboratorio) demonstroi ICCF-17 -kokouksessa Koreassa 10-18.8. omaa nikkeli-vetyreaktoriaan. Professori Celanin laite tuottaa parinkymmenen watin tehon ja se on tietyllä tavalla pintakäsitelty metrin pituinen ohut konstantaanilanka vetykaasussa. Vaikka Celanin tutkimusreaktorin teho on pieni, langan tehotiheys on suuri ja ylittää kemiallisen rajan minuuteissa. Reaktori oli päällä kokousviikon ajan ja Celani kertoo ajaneensa sitä aiemmin pari kuukautta, jossa ajassa se ylitti kemiallisen rajan 40000-kertaisesti. Ydinreaktioissahan vapautuu enimmillään miljoonia kertoja enemmän energiaa kuin kemiallisissa reaktioista.

Ainakin toistaiseksi Rossin reaktori vaatii kuudesosan tuottamastaan lämmöstä sisään sähköenergiana. Tämän takia reaktorin lämpötila on tärkeä: jos reaktori on riittävän kuuma, se voi pyörittää generaattoria, joka tuottaa sähköä paremmalla kuin kuudesosan hyötysuhteella. Sen jälkeen laitteisto voi tuottaa lämpöä ja sähköä kuten fissiovoimala.

Rossin reaktorin uusimman version teho-painosuhde 2 kW/kg riittää periaatteessa lentämiseen. Ehkä pitäisi kaivaa esiin Convairin ja neuvostoliittolaisten ydinkäyttöisen suihkukoneen suunnitelmat 1950-luvulta.


Pekka Janhunen

tiistai 24. tammikuuta 2012

Kylmäfuusion paluu

Kylmäfuusio on fysiikassa kiistanalainen ilmiö tai ilmiöryhmä, jossa metalliin joutunut vety aiheuttaa ydinreaktioita, jotka tuottavat lämpöä ja usein myös jonkin verran säteilyä. Kylmäfuusio tuli julkisuuteen vuonna 1989 kun Fleischmann ja Pons julkaisivat tuloksia palladium-deuteriumkokeistaan. Monet yrittivät toistaa kokeen, jotkut onnistuivat ja ilmeisesti useimmat epäonnistuivat. Asetettiin komitea, joka päätyi tulokseen että kiistatonta näyttöä ilmiön puolesta ei ollut. Useimmat tutkijat asettuivat sille kannalle että kylmäfuusio ei ollut todellinen ilmiö vaan joukko mittausvirheitä. Johtopäätöstä todennäköisesti tuki se että kylmäfuusion selittäminen teoreettisesti näytti ja näyttää edelleen vaikealta.

Yksi niistä jotka 20 vuotta sitten eivät onnistuneet toistamaan Fleischmann-Pons -koetta oli italialainen insinööri ja liikemies Andrea Rossi. Hän päätteli, että ilmiö on todellinen mutta vaikeasti toistettavissa ja että palladium ja deuterium pitäisi korvata halvemmilla aineilla, jotta prosessilla olisi kaupallista merkitystä. Lisäksi elektrolyysistä eli veden läsnäolosta pitäisi päästä eroon, koska muuten tuotettu lämpö olisi liian haaleaa soveltuakseen järkevästi sähköntuotantoon. Rossi korvasi palladiumin sen sukulaisaineella nikkelillä, deuteriumin tavallisella vedyllä ja elektrolyysin paineistetulla vetykaasulla. Maksimoidakseen pinta-alan hän käytti hienoa nikkelijauhetta, koska useimmissa kylmäfuusiokokeissa reaktio näytti tapahtuvan metallipinnan lähellä. Kylmäfuusion jälkeen otetuissa elektronimikroskooppikuvissa näkyykin usein metallipintaan tulleita pieniä kraattereita, joissa metalli on paikallisesti sulanut, ja kraatterien poksahtelua on myös onnistuttu kuulemaan akustisella mikrofonilla. Kraattereista löydetään tyypillisesti myös pieniä määriä alkuperäiselle näytteelle vieraita alkuaineita, mikä on yksi todiste ydinreaktioista.
Andrea Rossi keksintönsä vierellä.
Rossi rupesi kokeilemaan missä olosuhteissa nikkeli-vetyfuusio voisi syttyä mm. erilaisilla kemiallisilla lisäaineilla. Ilmeisesti tuhansien kokeiden jälkeen hän lopulta pääsi haluamaansa tulokseen: reaktio käynnistyi melko luotettavasti ja oli niin voimakas että nikkelijauhe suli ellei lämpöä johtanut tehokkaasti pois. Reaktio jatkui päiväkausia, ilmeisesti lopulta yli puoli vuotta. Ainakin toistaiseksi sitä tosin täytyy pitää yllä tuomalla aika ajoin reaktoriin pienehkö määrä lisälämpöä sähkövastuksella.

Useat professorit, tutkijat ja muutama toimittaja ovat nähneet Rossin E-cat -laitteet toiminnassa. Joissakin esittelyissään Rossi on myös antanut heidän tehdä omia mittauksiaan tuotetusta lämpömäärästä sekä gammasäteilystä, jota laite jonkin verran tuottaa jos sen lyijykuoret poistetaan. Järeimmässä demonstraatiossa 28.10.2011 oli sata rekkakonttiin asennettua E-catia, jotka tuottivat yhteensä 500 kW lämpötehon. Kaikkiaan Rossi on demonstroinut laitteitaan kymmenkunta kertaa erilaisille yleisöille.

Voisivatko Rossin demonstraatiot olla huijausta? Erilaisia huijausspekulaatioita on Internet väärällään, mutta asiaan perehtymisen jälkeen johtopäätökseni on, että huijausteoriat eivät ole uskottavia vaan reaktori toimii ainakin likimain väitetyllä tavalla. Rossista riippumatta myös Francesco Piantelli on saanut nikkeli-vetyfuusion toimimaan jo 1990-luvulla, mutta ei ilmeisesti ole yhtä pitkällä kaupallistamisessa. Kylmäfuusiota ei osata selittää teoreettisesti, mutta se ei ole kiinteän olomuodon fysiikassa uutta: esimerkiksi suprajohtavuus löydettiin kokeellisesti 1911 ja selitettiin vasta 1957 (välissä piti keksiä mm. kvanttimekaniikka), eikä niin sanottua korkean lämpötilan suprajohtavuutta osata selittää kunnolla vieläkään.

Kreikkalaisen Defkalion-yrityksen oli määrä kaupallistaa Rossin tekniikka, mutta elokuussa 2011 osapuolet riitaantuivat ja nykyään Defkalion ja Rossi ovat kilpailijoita. Defkalion ei ole antanut kuvata laitteitaan, mutta on julkaissut niistä parikymmentä sivua teknisiä tietoja. Defkalion julkaisi 23.1 2012 tiedotteen, jonka mukaan halukkaat tutkimuslaitokset ja yritykset ovat tervetulleita Ateenaan ajamaan Hyperion-reaktoria 48+48 tunnin testissä ja julkaisemaan saamansa testitulokset vapaasti. Rossi puolestaan kertoo suunnittelevansa automatisoitua tehdasta, jonka pitäisi käynnistyä 2012 lopulla ja joka tuottaa vuodessa miljoona kotikäyttöön tarkoitettua 10 kW laitetta 400 € vähittäishintaan. Rossin reaktorin ohjausjärjestelmän tekee LabView-ohjelmistosta tunnettu National Instruments, joka vahvisti tiedon 10.11 2011.

E-catin kaupallistettu versio voisi näyttää tältä. Kuva: Leonardo
Vaikka joukkotiedotusvälineet ovat olleet asiasta melko hiljaa, näyttää siltä että Andrea Rossi on tehnyt jättiläismäisen keksinnön: hän on kehittänyt kätevän jokamiehen ydinreaktorin, joka ei käytä eikä tuota radioaktiivisia aineita ja on halpa valmistaa. Ensimmäisen sukupolven Rossin laitteet tuottavat vain lämpöä ja tarvitsevat siihen jonkin verran sähköä, mutta toisen sukupolven laitteet tuottavat jo sähköä ja lämpöä itsenäisesti. Laitteet ovat halpoja ja niistä voi rakentaa täydellisen LVIS-järjestelmän, joka tuottaa lämmityksen, lämpimän käyttöveden, ilmastoinnin ja sähkön. Puolen vuoden käytön jälkeen reaktoreihin pitää lisätä nikkelijauhetta ja vetyä, Rossin asiakkaat voivat tehdä sen itse 10 € hintaisella vaihtokasetilla. Rossi lupaa reaktorille 20 vuoden käyttöiän. Kotien lisäksi kylmäfuusioreaktorit tulevat laivojen konehuoneisiin ja rautateille, joiden sähköistys jää tarpeettomaksi, kuten ehkä muukin sähkönsiirtoverkko. Henkilöautosovellusta pitää odottaa noin 10 vuotta (Rossin arvio), ja sen jälkeen on varmaankin lentokoneiden vuoro. Kylmäfuusiolentokoneen toimintasäde on rajaton, joten ei tarvita erikseen pitkien ja lyhyiden matkojen koneita.

Nykyiset energiantuotantotavat jäävät tarpeettomiksi, tosin öljyä käytetään vielä melko pitkään mm. muovien ja asfaltin valmistukseen. Vesivoimalat voidaan purkaa ja joet ennallistaa, jolloin Kemijoesta voi jälleen tulla Euroopan suurin lohijoki. Kasvihuoneviljely lisääntyy Pohjolassa, ja Pohjois-Afrikan ja Arabian niemimaan rannikkoalueet saadaan keinokastelulla viljaviksi erottamalla suola merivedestä. Viljely keinovalon avulla pilvenpiirtäjien sisällä saattaisi tehdä suurkaupungeista ravinnon suhteen osittain omavaraisia. Paljon energiaa vaativien, mutta muuten helposti saatavien raaka-aineiden käyttö tulisi kannattavaksi, esimerkiksi tavallinen graniitti on pääasiassa piitä ja alumiinia, jotka ovat hyviä rakennemateriaaleja. Tulevaisuuden kaivostoiminnan etiikka saattaa olla samantapainen kuin paimentolaiskansojen suhde eläimiinsä: kun kivi ”tapetaan”, se käytetään hyödyksi kokonaan. Tällöin ei tarvita enää paljonkaan perinteisiä kaivoksia, vaan raaka-aineet otetaan siitä maaperästä, jonka päällä toimitaan. Harvinaisia alkuaineita saatetaan tuottaa kylmäfuusion sivutuotteena tapahtuvan ydinten transmutaation kautta. Nikkeliä eli Rossin reaktorin ydinpolttoainetta tarvitaan, mutta kun Talvivaaran kaivos joskus ehtyy, niin 200-kilometrisellä metalliasteroidi Psychellä riittää nikkeliä miljardeiksi vuosiksi.

Konseptipiirros fuusioraketista saapumassa Marsiin. Kuva: Wikipedia
Kylmäfuusiokantorakettien rakentaminen lienee vaikeaa, koska tarvittava lämpötila on korkea ja tehotiheys suuri, mutta NASA:n tulevaisuusvisioissa sellaisiakin esiintyy. Kylmäfuusio tuntuisi ratkaisevan useimmat ongelmamme, mutta ei sitä että maapallo on rajallinen ja sen asukkaat riitaisia ja liialliseen lisääntymiseen taipuvaisia. Planeetan rajallisuuteen ainoa ratkaisu on avaruus, ja sinne katseet tulevat kääntymään, kunhan tietoisuus Rossin keksinnöstä saavuttaa laajemmat kansankerrokset. Riippumatta siitä miten vankasti asiaan tässä vaiheessa uskoo, jokainen voi yhteiskunnassa toimia siihen suuntaan että keksinnön oikeaksi osoittaminen ja käyttöönotto tapahtuisi rauhanomaisesti, mahdolliset ongelmat järkevästi huomioiden sekä viivytyksiä ja ylilyöntejä välttäen.

Pekka Janhunen

maanantai 14. marraskuuta 2011

Aurinkotuulitestimission suunnittelua

Sähköpurjekolumni 14.11.2011

Suunnittelemme sähköpurjeen aurinkotuulitestimissiota. Kuudenkymmenen kilogramman painoinen 60x60x71 cm kokoinen satelliitti laukaistaan esimerkiksi Arianen tai Souyzin oheishyötykuormana GTO-radalle, josta radan lakipiste nostetaan Hall-moottorilla puoleen Kuun etäisyyteen eli aurinkotuuleen. Satelliitista avataan neljä kilometrin mittaista ohutta liekaa. Liekojen päissä on parin gramman painoinen massa, johon keskipakoisvoima tarttuu avaamisen alussa suoristaen liean. Etäyksiköitä tai apuliekoja ei käytetä, koska testimission lieat ovat riittävän "lyhyitä" ja keveitä, jotta systeemi pysyy dynaamisesti vakaana ilman niitä. Vakauskriteeri on että jos yksi lieoista poistetaan, jäljelläolevan systeemin (satelliitti ja kolme liekaa) massakeskipisteen täytyy pysyä reilusti satelliitin seinämien sisäpuolella. Koska lieka pyrkii asettumaan säteittäisesti massakeskipisteestä poispäin, tällöin lieat pysyvät ojennuksessa eivätkä törmää toisiinsa tai hankaa satelliitin kuorta vasten, vaikka osa niistä katkeaisi.
Altan Hall-moottori testiajossa. Kuva: Sini Merikallio
Käytämme radan kohottamiseen Hall-moottoria. Jos käytettäisiin kemiallista rakettia, pitäisi todistaa laukaisufirmalle että raketti ei syty vahingossa ja tuhoa miljardien arvoista päähyötykuormaa. Hall-moottorissa vaaraa ei ole koska ajoaineena on jalokaasu ksenon.

Haemme rahoitusta testimission rakentamiseen EU:lta. Kustannusarvio on kaksi miljoonaa ilman laukaisua. Satelliitin rakentaa pääosin italialainen Alta-firma ja lento on samalla Altan Hall-moottorin lentotesti. Varmuuden vuoksi Hall-moottoreita on mukana kaksi, ja jos kumpikaan ei toimisi, pahin mitä tapahtuu on että jäämme GTO-radalle. Voimme sielläkin avata lieat, varata ne ja todeta että näemme kärkimassat kameroilla. Toki emme silloin pääse mittaamaan sähköpurje-efektiä oikeassa plasmaympäristössä eli aurinkotuulessa, mutta seuraavaa kertaa varten tiedämme että kaikki muu jo toimii. Käytännössä vaara molempien moottoreiden täydellisestä pettämisestä on melko teoreettinen.

Pekka Janhunen ja Petri Toivanen tutustumassa Altan Hall-moottoreiden
testaukseen Pisassa, Italiassa. Kuva: Sini Merikallio
Lopuksi vähän Rossin reaktorista. Lokakuun lopulla Andrea Rossi myi ensimmäisen 1 MW fuusioreaktorin amerikkalaiselle asiakkaalle, joka ei halua N:llä alkavaa nimeään julkisuuteen. Reaktorin käyttöönottotestissä paikalla olleiden toimittajien mukaan testimittaukset suoritti asiakasorganisaation palkkaama ryhmä. Muutkin yhteisöasiakkaat voivat nyt ostaa rekkakonttiin rakennettuja reaktoreita. Hinta on 2 miljoonaa, toimitusaika 3 kuukautta, latausväli puoli vuotta, takuu 2 vuotta ja suunniteltu toiminta-aika 20 vuotta. Toimiakseen laite vaatii sähkötehon joka on kuudesosa tuotetusta 1 MW lämpötehosta. Vaihtoehtoisesti laitteen voinee myös konfiguroida toimimaan ilman sähkötehoa, jos tyytyy pienempään lämpötehoon. Asiakas saa testata tuotteen ja kauppa peruuntuu jos ja vain jos testi ei mene läpi. Pienempiäkin kokoonpanoja Rossi saattaa suostua myymään, ei kuitenkaan alle 100 kW tehoisia. Halvimmillaan voisi siis päästä toteamaan nikkelifuusion toimimisen parinsadan tuhannen euron sijoituksella, ilman riskiä että tulee huijatuksi. Laitetta ei saa jälleenmyydä eikä avata, joten sen toimintaperiaatetta ei voi tutkia.
Kuva vuodelta 2013.
Myynnissä on siis suuria ja ilmeisesti toimivia energiantuotantolaitteita, joiden toimintaperiaatetta tiede ei tunne.

perjantai 2. syyskuuta 2011

Andrea Rossin reaktori

Sähköpurjekolumni 2.9.2011

Keksinnöt muuttavat maailmaa, eikä vain Edisonin aikaan. Italialainen insinööri Andrea Rossi kertoo rakenteensa laitteen ("Energy Catalyser", E-cat), joka tuottaa energiaa jonkinlaisella ydinreaktiolla saasteettomasti, skaalautuvasti, turvallisesti, rajattomasti ja halvalla. Hänen laitteensa on suojuksineen kahvinkeittimen kokoinen ja tuottaa lämpöenergiaa 4 kilowatin teholla. Polttoaineina ovat nanokokoinen nikkelijauhe ja vetykaasu, jotka näyttäisivät fuusioituvan reaktorissa hiljalleen kupariksi. Noinkohan sentään on?
Andrea Rossi myöhemmin 43 E-Catista koostuvan 1 MW.n yksikön keskellä.
Kuva: Focus.it
Keväällä kaksi uppsalalaista fysiikan professoria saapui tutkimaan E-catia Bolognaan. Laitetta ajettiin testissä 18 tunnin ajan ja fyysikot saivat tutkia sitä ja sen ympäristöä. Ainoastaan itse reaktoria ei liikesalaisuuteen vedoten avattu. Kokeen aikana E-cat tuotti kokoonsa nähden paljon enemmän energiaa (keittämällä saavikaupalla vettä) kuin mikään kemiallinen reaktio voi selittää. Professorit päättelivät että laitteen sisällä tapahtuu näin ollen jonkinlainen ydinreaktio. Brian Josephson (tunnettu Josephsonin liitoksesta) toteaa youtube-videossaan, että koska huijauksen mahdollisuus näyttää olevan suljettu pois, E-cat on ilmeisesti aito keksintö.

Jos Rossin keksintö on todellinen, niin veikkaisin että taustalla saattaa kummitella tavalla tai toisella Bose-Einstein-kondensoituminen, eli sama ilmiö johon perustuvat suprajohteet ja supranesteet. Suprajohteessa kondensoituminen poistaa elektronien ja atomien väliset törmäkset, jolloin sähkönvastus häviää täydellisesti. Ehkä E-catissa jonkin hiukkaspopulaation kondensoituminen atomiryppäässä efektiivisesti poistaa yksittäisten ytimien välisen Coulombin repulsion, jolloin fuusio tulee mahdolliseksi. Rossin reaktorin väitetty fuusio ei voi koostua perinteisistä yksittäistapahtumista (Ni + H -> Cu + energiaa), koska mittauksissa ei näy radioaktiivista säteilyä laatikon ulkopuolella. Tämä viittaa hiukkasten kollektiiviseen käyttäytymiseen. Keksijän mukaan energia vapautuu pehmeänä gammasäteilynä, jonka hän absorboi 2 cm paksuiseen lyijykerrokseen. Reaktorin sisältä mitattua gammaspektriä keksijä ei anna julkisuuteen, koska se paljastaisi salaisen katalyytin.
Rubidiumatomikaasun Bosen-Einsteinin kondensaatin nopeusjakauma.
Kuva: Wikipedia
Kuinka näin dramaattinen kylmäfuusioilmiö olisi voinut jäädä huomaamatta? Miksi luonto ei käytä sitä, miksi esimerkiksi Jupiteriin putoava rautanikkeliasteroidi (tai Jupiterin ydin) ei reagoi planeetan vedyn kanssa? Ehkä niin käykin, mutta reaktio pysähtyy viimeistään kun saavutetaan nikkelin sulamispiste. Lisäksi nikkelin on oltava nanopulverimuodossa ja läsnä pitää olla katalyyttiä. Toisaalta reaktio ei voi tapahtua pienellä planeetalla tai asteroidilla, koska vetykaasua on vain jättiläisplaneetoilla. Luonnon muovaamaa Rossin reaktoria ei näytä olevan olemassa.

Rossi ilmoittaa, että lokakuussa käynnistyy yhden megawatin tehoinen esittelyvoimala, jossa toimii rinnakkain 300 E-catia. Keksintö voi mullistaa mm. fysiikan, tekniikan, teollisuuden, talouden ja geopolitiikan. Koska laite on pieni, halpa ja sarjatuotantoon sopiva, muutos voi olla nopea ja alkaa tämän vuoden aikana. Ehkä muutaman vuoden päästä markkinoilla häärii ja voittoja käärii yhtiö, jonka pörssiarvo on satatuhatta miljardia.

Avaruusasioihin ja sähköpurjesovelluksiin E-catin vaikutus olisi vähemmän dramaattinen. Aurinkovoimasatelliittien kaavailu kävisi tarpeettomaksi, mutta toisaalta E-cat voisi korvata RTG:t luotaimissa ja siten lisätä lentoja aurinkokunnan ulko-osiin. Rakettitekniikkaan ja kiertoradalle nousemiseen keksinnöllä ei olisi vaikutusta.

Pekka Janhunen