La (probabile) bufala di E-cat

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Quando sentite al telegiornale le parole “scoperta incredibile” o “rivoluzione nel mondo della scienza”, siate sempre molto diffidenti: normalmente le notizie intitolate in questo modo si dividono in due categorie.

  1. Esperimenti con risultati apparentemente interessanti, ma non definitivi, che i giornalisti affamati di notizia sparano in faccia al grande pubblico prima del tempo, e il cui impatto poi viene molto ridimensionato successivamente: è il caso dei neutrini più veloci della luce.
  2. Bufale clamorose.

Ci sono una serie di elementi per ritenere che E-Cat appartenga in pieno a questa seconda categoria. E-Cat (abbreviativo di Energy-Catalyzer) è il nome di un dispositivo inventato dall’italiano Andrea Rossi che, secondo i suoi sostenitori, realizzerebbe nientemeno che la fusione nucleare a freddo.
Se fosse vero, sarebbe la scoperta che può cambiare il destino del mondo: una fonte di energia a costo praticamente nullo, illimitata e pulita; disgraziatamente ci sono diverse motivazioni che, unite ad un sapiente utilizzo del rasoio di Okham, portano a pensare che in tutto questo ci sia ben poco di vero. Possiamo dividerle in tre categorie.

Motivazioni di carattere metodologico

La maggior parte delle scoperte scientifiche non avviene da un giorno all’altro, e al giorno d’oggi le maggiori indagini scientifiche, nonché sperimentazioni di nuove tecnologie avvengono con la collaborazione di decine, centinaia, migliaia di scienziati in tutto il mondo che lavorano in parallelo con calcoli, simulazioni, esperimenti, e via dicendo: non è un’usanza, è una necessità.
Il livello di complessità raggiunto dalla scienza (fisica in particolare) e dalla tecnologia richiede un notevole dispiego di risorse, umane, logistiche ed economiche: riesce molto difficile credere che uno scienziato italiano, in dei capannoni di proprietà dell’università dell’Alma Mater di Bologna (della quale tuttavia, non fa parte), abbia inventato da solo una macchina che migliaia di scienziati del mondo cercano di sviluppare da tre o quattro decenni.

Altra cosa curiosa è che il suo principale collaboratore, il prof. Sergio Focardi, dichiara apertamente che sì, effettivamente all’interno del reattore di Rossi avviene un processo di fusione nucleare, ma questo viene catalizzato da un “additivo segreto”, la cui identità ignora lui stesso.
Possibile che il prodigioso inventore non abbia svelato nulla nemmeno al maggiore collaboratore e sostenitore del suo progetto?

Foto dal sito ufficiale di E-catDi certo si tratta di un segreto che Rossi custodisce molto gelosamente: infatti non appena messo a punto il macchinario, la prima cosa che ha fatto è stata registrare il brevetto, senza sottoporlo alla disamina di nessuno scienziato. 
Rossi dichiara di averlo fatto per timore di possibile spionaggio industriale, che è una preoccupazione legittima, ma poco ortodossa: la maggior parte delle scoperte e invenzioni al giorno d’oggi, viene sottoposta infatti al processo di peer review prima di essere brevettata [1]. Il dott. Rossi invece non ha voluto far verificare il suo lavoro a nessuno, ed è corso all’ufficio brevetti.

Successivamente Focardi ha dichiarato che sono stati fatti dei tentativi di pubblicare i loro studi su diverse riviste scientifiche, ma che i loro articoli sono sempre stati respinti: d’altronde capita che gli articoli che compaiono su riviste come Nature e Scientific American solitamente non concludano le dimostrazioni matematiche con “e qui interviene il nostro ingrediente segreto®, che mette a posto i conti che apparentemente non tornano”.
Dopo la registrazione del brevetto, il macchinario, in ottemperanza alla legge, è stato secretato fino alla messa in commercio, che avverrà nei prossimi mesi: la leggendaria scoperta che segnerà una nuova alba per l’umanità entrerà quindi in commercio senza che nessuno abbia idea di come funzioni e di cosa ci sia dentro, tranne il suo inventore. 
Al momento il macchinario si trova in un capannone fuori Bologna, sorvegliato giorno e notte da guardie giurate.

Ma almeno funziona? Parrebbe di sì, nel senso che in effetti alcune analisi indipendenti hanno confermato una produzione di energia, anche se in quantità minore rispetto alle dichiarazioni iniziali di Rossi e Focardi.
Tuttavia le analisi indipendenti non hanno avuto modo di verificare come l’energia in questione venga prodotta: hanno semplicemente visto una scatola, dentro la quale veniva immessa energia e acqua di raffreddamento, hanno osservato che da tale macchinario si genera effettivamente energia in quantità superiore a quella immessa, e hanno potuto esaminare alcuni campioni di “combustibile” usato. 
Per quanto si sa, il surplus di energia potrebbe tranquillamente provenire da una reazione chimica già nota, da un paio di batterie preinstallate dentro il macchinario, o da un criceto che corre su una ruota.

Ad ogni modo, il fatto che ci sia una produzione energetica ha procurato a Rossi l’interesse già di diversi potenziali acquirenti, e in Italia, Grecia e Svezia sono già nate compagnie pronte ad acquistare il brevetto per riprodurlo su scala industriale e rivenderlo. 
Se tuttavia le motivazioni di carattere metodologico possono forse essere spiegate semplicemente con qualche scelta “inconsueta” da parte di Rossi, più difficile è farlo con quelle che seguono.

Motivazioni di carattere scientifico

L’E-Cat, secondo i suoi inventori, realizzerebbe la fusione a freddo tra Nickel e Idrogeno, producendo Rame. Da un punto di vista strettamente teorico, una simile reazione nucleare è possibile ed è effettivamente esotermica (produce energia); tuttavia ci sono alcuni ostacoli alla sua realizzazione pratica.
I nuclei atomici sono composti da neutroni, elettricamente neutri, e protoni, dotati di carica positiva. Come sappiamo fin dalle superiori, cariche di segno uguale si respingono tra di loro: per fondere due nuclei quindi, occorre spararli l’uno contro l’altro ad energia elevatissima, così che riescano a superare il punto in cui l’attrazione data dall‘interazione nucleare forte diventa superiore alla repulsione elettromagnetica.

Questa soglia di energia necessaria a innescare la reazione è chiamata Barriera di Coulomb [2], ed è naturalmente tanto più alta quanto più è forte la forza di repulsione elettromagnetica: poiché quest’ultima dipende dalle cariche in gioco, si deduce che nuclei atomici leggeri (come l’idrogeno e l’elio) richiedono un’energia per innescare la fusione minore rispetto a nuclei più pesanti (come il potassio e il calcio). 
Il Nickel in questa scala è un elemento piuttosto pesante (arriva addirittura dopo il ferro), quindi la sua barriera di Coulomb è elevatissima. 
In particolare, secondo la stima di due noti esperti del settore (l’astrofisico Ethan Siegel e il fisico nucleare Peter Thieberger), per passare la barriera di Coulomb del Nickel servirebbe una quantità di energia che non esiste in nessun punto dell’universo, nemmeno nel nucleo delle stelle supermassive blu (che vedete nella foto qui sotto).

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È pur vero che esiste un noto effetto quantistico, chiamato “effetto tunnel”, che può permettere a particelle a bassa energia di superare la barriera di Coulomb [3], ma permane un problema molto grosso, ovvero che l’effetto tunnel non è riproducibile stabilmente in laboratorio: e non per carenza delle tecnologie attuali, ma perché si tratta di un effetto che scaturisce dal principio di indeterminazione di Heisenberg, pertanto si può riprodurlo solamente su base statistica.

Non è possibile predisporre un sistema fisico in cui questo fenomeno avvenga con certezza, e non è possibile nemmeno costruire una reazione fisica identica ad una in cui si è osservato un effetto tunnel (a dire il vero, non è proprio possibile costruire uno stato quantistico identico ad un altro artificialmente, esiste un teorema che lo prova chiamato infatti “Teorema No-Cloning”: ma qui andiamo sul complicato). Tale impossibilità non è frutto di un limite sperimentale: è ontologica, dimostrata matematicamente [4].

Ma c’è dell’altro: anche ipotizzando che questa reazione avvenga, la quantità di energia rilasciata dovrebbe essere tale da non limitarsi solo a scaldare il liquido che poi va alla turbina, ma dovrebbe manifestarsi anche all’esterno del macchinario. Ovvero, si dovrebbe assistere ad una massiccia rilevazione di radiazioni gamma, che invece non sono state osservate; e non è nemmeno possibile che vengano schermate all’interno del macchinario, perché solo per dimezzare l’intensità di un raggio gamma di bassa energia occorrono diversi centimetri di piombo: per annullare del tutto l’emissione di raggi gamma dovuti ad una simile reazione (quindi ad alta energia) servirebbero, secondo una stima approssimativa fatta da me, alcuni Km di granito.

Tra le altre cose, una simile reazione dovrebbe generare anche una quantità tremenda di radiazioni beta (pericolosissime), tale per cui sia Rossi e Focardi, sia coloro che hanno assistito alle dimostrazioni sarebbero dovuti finire all’ospedale in preda a sindrome acuta da radiazioni, ma in questo caso si può effettivamente pensare a qualche tipo di schermatura.

Foto dal sito ufficiale di E-catPer finire, anche nei campioni di combustibile usato che sono stati fatti esaminare a degli scienziati indipendenti, sono state rilevate alcune incongruenze: innanzitutto, il Nickel presentava effettivamente tracce di Rame, ma addirittura al 10%, che è un’incidenza superiore a quella mai osservata in qualunque processo nucleare in qualunque esperimento: basti pensare che le più avanzate e moderne centrali atomiche arrivano a stento al 7% di efficienza.
Per di più questo rame presentava caratteristiche decisamente insolite: il rame prodotto in una simile reazione di fusione nucleare dovrebbe infatti comparire in forme isotopiche diverse. Dal momento che la fusione è un processo quantistico, è impensabile che gli atomi di idrogeno si leghino agli atomi di Nickel tutti nello stesso identico modo.
Nel combustibile usato dovrebbero quindi essere presenti diversi isotopi del rame, la maggior parte dei quali instabili, che poi in un certo arco di tempo dovrebbero decadere in forme isotopiche più stabili: invece le analisi sul combustibile usato hanno mostrato la totale assenza di isotopi instabili, e una distribuzione isotopica identica a quella del rame che potete trovare nei fili elettrici di casa vostra. 
Insomma, la presunta fusione nucleare avrebbe prodotto per miracolo un rame identico a quello naturale (in cui gli isotopi instabili sono ovviamente assenti perché nel corso di milioni di anni sono decaduti in forme stabili).

Ciliegi(o)na sulla torta, le analisi sul combustibile usato hanno rilevato anche una notevole presenza di Ferro (ben l’11%), la cui presenza non è spiegabile né dalla fisica nucleare, né dalla chimica… e a quanto pare nemmeno dal dott. Rossi. 
Su cui d’altra parte qualche piccolo dubbio può sorgere, leggendo il suo curriculum.

Motivazioni di carattere giudiziario

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Se la prospettiva di un miracolo scientifico appare sempre più lontana, anche quella di un errore in buona fede inizia a farsi piuttosto labile.
La carriera di Andrea Rossi infatti, non è proprio quella di un brillante scienziato: innanzitutto il dott. Rossi non è nemmeno laureato in fisica o in chimica, bensì in filosofia.
Materia splendida, mi ha sempre appassionato, ma quando ho dovuto preparare esami di fisica nucleare non l’ho mai trovata molto attinente.

In secondo luogo, E-Cat non è la prima spettacolare scoperta scientifica che Rossi annuncia come rivoluzionaria, ce ne sono state altre prima. E non sono andate a finire benissimo: nel 1977 Rossi dichiara di aver inventato un rivoluzionario dispositivo per la produzione di petrolio dai rifiuti industriali, che sfrutta un processo (esistente, ma da tutti considerato scarsamente efficace) chiamato depolimerizzazione termica.
Per commercializzarlo fonda una società, la Petroldragon, che nel 1982 firma un accordo con l’ENI per l’autorizzazione allo smaltimento dei rifiuti industriali.
Nel 1983 la regione Lombardia diventa la prima cliente della Petroldragon e inizia una sperimentazione sotto il controllo dell’ENI: già un anno dopo, i tecnici dichiarano che il processo è inefficace.
I petroli e i carboni prodotti sono di qualità scadente, inutilizzabili: praticamente si sono trasformati dei rifiuti in altri rifiuti.

Ciononostante, la regione Lombardia rinnova il contratto alla Petroldragon fino al 1986, e il giro di affari si ingrossa enormemente: nuovi siti di stoccaggio vengono realizzati in tutto il nord Italia.
Nel 1989 la Guardia di Finanza sequestra alcuni depositi, e si scopre che il presunto petrolio prodotto non era mai stato venduto, veniva semplicemente stoccato o smaltito illegalmente.
I prodotti delle attività della Petroldragon sono stati classificati come un miscuglio di rifiuti tossici non trattati contenenti solventi chimici altamente dannosi e con accentuata presenza di cloro e acido solforico.

Le aziende legate alla Petroldragon falliscono, e Andrea Rossi viene processato per truffa, frode fiscale, associazione a delinquere, reati ambientali di vario genere e bancarotta fraudolenta: un totale di 56 processi, dei quali almeno 5 si sono conclusi con una condanna (altri sono ancora in corso, è stato assolto dall’associazione a delinquere).
Ad oggi la vicenda è considerata un classico esempio di ecotruffa. Rossi sconta sei mesi di carcere, poi pensa bene di scappare negli Stati Uniti.

Qui, Rossi fonda una società, la Leonardo Technologies Inc., e stipula un contratto col Dipartimento della Difesa statunitense, per svolgere esperimenti sulla produzione di energia termoelettrica dal calore di scarto di macchine industriali [5]
Una dimostrazione condotta alla New Hampshire University inizialmente sembra dare risultati promettenti, con una produzione di energia pari a 100 Watt per una settimana: Rossi viene quindi autorizzato a far costruire in Italia dei moduli termoelettrici più grandi e potenti, dei quali 27 vengono spediti per la verifica all’Engineer Research and Development Center, il centro di ricerca ingegneristico dell’esercito americano. 

Foto dal sito ufficiale di E-cat

La capacità di produzione di energia dichiarata per questi moduli era di 800-1000 Watt, il risultato fu il seguente: otto moduli producevano meno di 1 Watt, gli altri non producevano nulla. 
A questo punto Rossi pensa bene di tornarsene in Italia, nel 2000, dove appena arrivato viene arrestato in quanto ufficialmente latitante. 
Dal 2001 al 2007 non si hanno più notizie di lui, poi è iniziata la sua “nuova avventura” dell’Energy Catalyzer.

Naturalmente, quanto io ho scritto fino ad ora non prova necessariamente che l’E-Cat sia una gigantesca truffa: gli unici che potranno provare questo saranno gli scienziati che apriranno il macchinario quando questo entrerà finalmente in commercio.
Fino ad allora, un rigoroso atteggiamento scientifico imporrebbe, nonostante tutto, una anche timida apertura possibilista. Anche la storia passata di Rossi non prova necessariamente la truffa: anche se E-Cat finisse col non funzionare, potrebbe anche lo stesso Rossi essere vittima di un incredibile abbaglio.
Tuttavia, citando un adagio popolare che in questo caso rispecchia perfettamente la mia opinione, a pensar male si fa peccato, ma…

Luca Romano 
@twitTagli

Post scriptum: breve excursus sulla fusione a freddo

Le reazioni nucleari a bassa energia (LENR – Low Energy Nuclear Reaction) sono un obiettivo della scienza da diversi decenni. Su di esse il mondo della scienza appare molto diviso: alcuni sostengono semplicemente che la fusione a freddo sia un caso di scienza patologica, almeno nei modi in cui viene proposta attualmente, altri sono più aperti.
Il problema principale è che fino ad ora le modalità in cui sono stati proposti esperimenti di fusione a freddo, prevederebbero l’esistenza di processi di catalisi chimica che abbassino la quantità di energia necessaria per ottenere reazioni nucleari. La meccanica e l’elettrodinamica quantistica, nella loro formulazione standard, non prevedono espressamente tale possibilità.

Questa invece è prevista in alcune teorie più complesse, ma non universalmente accettate e dimostrate: estensioni dell’elettrodinamica quantistica ancora non del tutto verificate sperimentalmente.
Fino ad ora vi sono stati diversi esperimenti di fusione nucleare realizzata mediante confinamento chimico, ma sono risultati tutti inconcludenti: si sono osservate effettivamente delle reazioni esotermiche, ma le tracce di prodotti di fenomeni nucleari (a partire dalle radiazioni gamma) sono troppo basse per stabilire con certezza se sia avvenuto effettivamente un processo di fusione, e non un più semplice processo chimico.

In realtà, esiste un metodo di realizzare la fusione nucleare a temperature relativamente basse, che a livello teorico è dimostrato e accettato da tutti: parliamo della fusione catalizzata da muoni. In pratica si tratterebbe di “costruire” degli atomi idrogenoidi di deuterio e trizio (i due isotopi dell’idrogeno usati nella fusione nucleare “calda”), con la caratteristica di avere un muone orbitante attorno ai nuclei (invece di un elettrone) [6].
Siccome il muone è una particella molto più pesante dell’elettrone (207 volte più massiva), per la legge di conservazione del momento angolare, si troverebbe a orbitare molto più vicino al nucleo: la nuvola di probabilità all’interno della quale il muone esiste ed è confinato (orbitale), sarebbe quindi molto più piccola, e avrebbe pertanto una densità di carica molto più elevata. Tale carica (negativa) avrebbe un effetto schermante sulla carica positiva del nucleo, riducendone l’intensità efficace, il che porterebbe ad un drastico abbassamento della barriera di Coulomb, che di conseguenza potrebbe essere superata ad energie molto minori, e quindi a temperature molto più basse.

Questa direzione di indagine è stata intrapresa solo di recente, e gli esperimenti hanno dato ancora pochi risultati: tuttavia, in questo caso sì, i principali problemi sono solo di natura tecnico-sperimentale, quindi da questo settore nei prossimi anni ci si possono aspettare dei progressi.

NOTE


[1] La “peer review”, o “revisione paritaria” è un’analisi che viene commissionata ad esperti di un determinato settore su uno studio, un articolo o un progetto scientifico riguardante quel settore, da riviste o da investitori interessati alla pubblicazione dell’articolo o al finanziamento del progetto. Tale analisi serve a evidenziare eventuali punti deboli del progetto, e eventualmente a proporre migliorie: tutte le maggiori scoperte scientifiche degli ultimi decenni sono passate attraverso questo importante protocollo di verifica.

 

[2] Il fatto che serva una elevatissima quantità di energia per superare la barriera di Coulomb è il motivo per cui fino ad ora si è riusciti a realizzare solo la fusione nucleare “calda”. Fino ad ora il processo più efficace per realizzare una fusione nucleare calda è quello in cui l’energia iniziale viene fornita da… una fissione nucleare. Il dispositivo più efficiente in cui tale reazione è stata sfruttata fino ad ora è la bomba H.

 

[3] L’effetto tunnel permette ad una particella di “saltare” una barriera di potenziale, pur non avendo l’energia necessaria a superarla. Si tratta di un fenomeno affascinante: in effetti, è come se lanciando una pallina da tennis contro un muro, pur non avendo l’energia sufficiente a bucarlo, la pallina ci passasse attraverso come un fantasma.

 

[4] Nei fatti, dal momento che l’energia cinetica delle particelle ad una data temperatura segue una distribuzione Maxwelliana (quindi ci sono particelle con energia molto superiore all’energia cinetica media), quello che accade è che l’effetto tunnel aumenta il rate di reazioni su base statistica. Ovvero, facendo scontrare miliardi di particelle ad energie di poco inferiori a quella della barriera di Coulomb, si osservano comunque delle reazioni di fusione. Dal momento che l’effetto tunnel è tanto più probabile quanto più la barriera è “sottile”, ovvero quanto più è minima la differenza tra l’energia cinetica della particella e l’energia della barriera di Coulomb, il numero di reazioni aumenta sempre di più con la temperatura. Nella pratica, l’esistenza dell’effetto tunnel abbassa solo leggermente l’intervallo di temperatura (finestra di Gamow) a cui si ottiene un certo rate di reazioni.

 

[5] Normalmente l’efficacia della conversione in energia elettrica del calore di scarto è bassissima, e per questo si tende ad utilizzare tale calore di scarto per altri processi energetici (ad esempio la refrigerazione tramite l’effetto Peltier), ma Rossi garantì che il suo dispositivo poteva arrivare ad un efficienza del 20%.

[6] Il muone, appartenendo alla stessa famiglia di particelle dell’elettrone (leptoni), può assumere gli stessi valori dei numeri quantici.

FONTI:

Circa il progetto Petroldragon: Wikipedia.it, e quindi:

Specificatamente, su E-Cat:

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