A fusão a frio é uma reação da fusão nuclear que ocorre em condições de temperatura ambiente, em vez dos milhões de graus requeridos para reações da fusão do plasma.
A fusão a frio é o termo popular usado para o que é mais recentemente denominado "reações nucleares de baixa energia" ("low energy nuclear reactions", em inglês, abreviado pela sigla LENR). A reivindicação inicial da fusão a frio foi relatada primeiramente por Martin Fleischmann e por Stanley Pons na Universidade de Utah em Março de 1989. Esse anúncio despertou interesse internacional, fazendo com que cientistas de todas as partes do mundo tentassem reproduzir o experimento a fim de confirmar esses resultados. Entretanto, os resultados publicados pela dupla não foram encontrados na mesma escala de geração de energia em nenhuma das outras tentativas, o que levou a comunidade científica a questionar se aquilo realmente havia acontecido. Depois de 1989 muitos cientistas observaram experimentalmente excesso de calor, trítio, hélio e mutações nucleares, esses procedimentos experimentais até chegaram a resultados de liberação de energia anômala, semelhante ao experimento de Pons e Fleischmann, mas a energia como fonte de reação nuclear não foi comprovada. Experimento de Pons e Fleischmann O procedimento experimental realizado por eles era basicamente uma eletrólise utilizando eletrodos de paládio e platina. Separando o deutério (isótopo de hidrogênio da água pesada) D2O, este se ligaria ao eletrodo de paládio. Os átomos de deutério então se fundiriam devido a pressão que se encontravam no eletrodo, produzindo uma quantidade considerável de energia.
LENR Estudos posteriores a Pons e Fleischmann, quem se destacou foi Edmund Storms, expoente no estudo de Fusão a Frio e criador do site LENR-CANR.org, que serve de biblioteca atualizada sobre o tema.
É proposto, em um estudo teórico, que para que ocorra a LENR são necessárias três etapas: Formação do NAE (sigla em inglês, "nuclear active environment", para Ambiente Nuclear Ativo), a entrada dos átomos de hidrogênio (deutério) no NAE e a interação desses átomos resultando na reação nuclear. Espera-se que essas etapas sigam o comportamento químico convencional, obedecendo assim, as leis que regem o processo.
Espera-se que nas duas primeiras etapas resulte numa redução da Energia Livre de Gibbs (\Delta G <0), pois essas reações seriam espontâneas e exotérmicas, ao contrário de uma Fusão a Quente onde esse processo não é espontâneo e demanda gasto energético para ser realizado, obtendo um aumento na Energia Livre de Gibbs (\Delta G >0), e a taxa de formação deve ser controlada pela energia de ativação.
A equação da Energia Livre de Gibbs X Constante de equilíbrio é: \Delta G^0 =-RTlnK. Storms propõe um cálculo para \Delta G, teórico, da Fusão a Frio que utilizaria essa primeira fórmula, juntamente com o cálculo da constante K, que seria: K = A.e^(-\Delta E/RT), onde K está relacionado à potência produzida pela reação nuclear, T é a temperatura em NAE, e \Delta E é a energia de ativação para formar NAE, ou para fazer íons H+(D+) disponível para o NAE. Após a formação do NAE, quem determinará a taxa de átomos de deutério a entrar no NAE será a pressão de hidrogênio aplicada e sua respectiva temperatura. Sendo assim, as principais variáveis da reação será a energia local e a concentração de Hidrogênio (Deutério). De qualquer forma, espera-se que os efeitos gerados possam ser explicados pelas Leis da Termodinâmica.
Algumas Limitações
Os nêutrons
Se os nêutrons estivessem envolvidos no mecanismo da reação nuclear, a Barreira de Coulomb não seria um empecilho para os átomos. Assim, diversos pesquisadores propuseram que haveria um aglomerado de nêutrons estáveis aprisionados, que, de alguma forma, são liberados por meio de algum mecanismo desconhecido a fim de que a Fusão a Frio ocorra. Entretanto, não existe nenhuma evidência direta da existência desse aglomerado de nêutrons presentes ou aprisionados em material comum. E se existisse, seria óbvia a sua presença devido ao efeito de sua alta densidade. Concluindo que é inexistente. Outros cientistas pressupõem o conceito de plasmons ou elétrons super pesados, capazes de passar por um conjunto de átomos próximos à velocidade da luz enquanto acumulam energia dos campos de energia circundantes sem a perdê-la antes que um próton seja encontrado. Entretanto, isso não justificaria como o processo aconteceria, e ainda entraria em conflito com a já conhecida Distribuição de Boltzmann e a Segunda Lei da Termodinâmica.
Dualidade onda-partícula Um átomo de Deutério pode se converter em uma onda sob condições adequadas. Como tal, ele pode interagir com outra onda Deutério sem que a Barreira Coulomb esteja diretamente envolvida. Esta interação forma brevemente uma onda de Hélio, que lentamente se converte em uma partícula de Hélio, perdendo pequenas quantidades de energia para a rede circundante. Simplesmente ter um arranjo periódico de átomos, como é proposto, não é suficiente porque essa condição universal existe em todos os materiais, enquanto as reações nucleares são raras e localizadas em regiões especiais.
Catalisador de energia Em janeiro de 2011, o engenheiro italiano Andrea Rossi apresentou a professores da Universidade de Bolonha, na Itália, um dispositivo que alegadamente realiza fusão a frio (ou reações nucleares de baixa energia - LENR na sigla em inglês), utilizando gás hidrogênio comum e níquel em pó, o qual recebeu o apelido de Catalisador de energia (E-Cat). Após a demonstração de janeiro, várias outras demonstrações foram realizadas, e Andrea Rossi afirmou que em outubro de 2011 entraria em funcionamento na Grécia a primeira usina de 1 megawatt baseada nesta tecnologia.
No final de maio de 2011, Dennis M. Bushnell, um cientista-chefe da NASA, afirmou em uma entrevista ao site "EV World" que as reações nucleares de baixa energia (LENR) representam a tecnologia em fase de desenvolvimento "número um" (a primeira em relevância) no cenário mundial atual, e que tal tecnologia pode vir a introduzir grandes mudanças geoeconômicas e geopolíticas e "resolver os problemas climáticos". Na entrevista, Bushnell menciona especificamente o "Energy Catalyzer" desenvolvido por Andrea Rossi, o qual acredita estar efetivamente produzindo energia em excesso, creditando tal feito a reações que poderiam ser explicadas pela teoria de Widom-Larson.
Em agosto de 2011, Andrea Rossi anunciou o rompimento das relações comerciais com a companhia grega Defkalion, informando que a prometida usina de 1 megawatt baseada no E-Cat teve sua data de lançamento mantida para o final do mês de outubro de 2011, porém o local foi transferido para os Estados Unidos da América, em uma cidade que não poderia ser ainda revelada, devido a acordos comerciais com um novo parceiro norte-americano.
Em setembro de 2011, o portal sueco especializado em ciência e tecnologia NyTeknik divulgou as primeiras fotografias e vídeos do que seria o módulo principal da usina de 1 megawatt a ser inaugurada no final de outubro, que já estaria sendo embarcado para os EUA.
Em 6 de outubro de 2011, Andrea Rossi realizou um novo teste público do seu E-Cat, contando com a presença de jornalistas e representantes da indústria. O teste durou cerca de sete horas e vários tipos de medições foram feitas.
Em 11 de outubro de 2011, Andrea Rossi anunciou que a data do lançamento oficial da sua usina de 1 megawatt baseada no Energy Catalyzer foi definida, e será no dia 28 de outubro de 2011.
Em 17 de outubro de 2011, um artigo publicado na conceituada revista de negócios norte-americana Forbes relatou a existência do E-Cat, abordou o potencial transformador da tecnologia caso funcione como anunciado, e informou a data do lançamento em 28 de outubro.
Em 28 de outubro de 2011, a unidade de 1 megawatt composto por múltiplos "E-Cats" foi testada em Bolonha, supostamente por engenheiros ligados à misteriosa companhia "cliente" de Andrea Rossi, que pretende comprar a referida unidade. A presença de observadores externos e da imprensa no evento foi limitada, e um relatório divulgado na mesma noite atesta que supostamente a unidade produziu 470 kilowatts de energia térmica durante cinco horas em "modo auto-sustentado" (sem fornecimento de energia externa, exceto para ventiladores e instrumentos de medição). Andrea Rossi alegou que optou por diminuir a potência de 1 megawatt para 470 kilowatts para melhorar a estabilidade do sistema no "modo auto-sustentado". Ele afirmou que o cliente ficou satisfeito, e o negócio foi fechado.
De acordo, com Mark Gibbs, da revista Forbes, em maio de 2013 um artigo científico com o título “Indication of anomalous heat energy production in a reactor device" foi submetido ao site arxiv, a respeito de testes independentes realizados com o E-Cat. Os autores do artigo, professores da Universidade de Bolonha, na Itália, da Universidade de Uppsala, na Suécia, e do Royal Institute of Technology da Suécia, afirmam que não tiveram total controle de todos os aspectos do processo, mas concluíram que houve uma produção de energia (por litro de volume) no mínimo uma ordem de magnitude superior a qualquer fonte convencional conhecida de energia. Mark Gibbs nota que "o E-Cat tem aproximadamente quatro ordens de magnitude mais energia específica e três ordens de magnitude mais potência de pico do que a gasolina"http://www.forbes.com/sites/markgibbs/2013/05/20/finally-independent-testing-of-rossis-e-cat-cold-fusion-device-maybe-the-world-will-change-after-all/ Mark Gibbs, Forbes, 20 de maio de 2013
Em 24 de janeiro de 2014, a empresa norte-americana Industrial Heat LLC anunciou que adquiriu os direitos de propriedade intelectual sobre o E-Cat, informando que está confiante na eficiência da nova tecnologia, e que deve dar prosseguimento à fase de pesquisa e desenvolvimento para colocar a tecnologia no mercado.http://www.e-catworld.com/2014/01/press-release-industrial-heat-has-acquired-andrea-rossis-e-cat-technology/ E-Cat World, 14 de janeiro de 2014
Em 25 de agosto de 2015, o US Patent Office (escritório de patentes dos Estados Unidos) concedeu a Andrea Rossi a patente de número 9115913 B1 para sua invenção, o "Energy Catalyzer" (E-Cat).http://animpossibleinvention.com/2015/08/25/rossi-has-been-granted-us-patent-on-the-e-cat/
Em 22 de setembro de 2015, Andrea Rossi anunciou que, caso o teste independente de longa duração do E-Cat que estava sendo realizado em uma instalação industrial não revelada, em condições reais de uso comercial, for um sucesso, seus planos seriam de iniciar a comercialização do E-Cat no mercado já a partir de Março de 2016.http://www.e-catworld.com/2015/09/22/rossi-if-test-successful-commercialization-to-start-march-2016/
Em 29 de março de 2016, Andrea Rossi informou que o "especialista responsável pela validação", uma pessoa com doutorado em engenharia nuclear contratada para acompanhar pelo período de um ano o teste do E-Cat realizado em condições reais de uso comercial em uma instalação industrial não revelada, entregou a ele, Rossi, e à empresa investidora Industrial Heat LLC, o seu relatório final pormenorizado elaborado a partir dos dados coletados ao longo dos meses de teste. Rossi se disse "muito satisfeito" com os resultados apontados, embora não estivesse autorizado ainda a divulgar a íntegra do relatório.