Има ли водород във въздуха? Естествени нива и дебит на апарат

Да, във въздуха, който дишате, има водород, но само в следови количества: молекулярният водород (H₂) съставлява приблизително 0,53 части на милион от атмосферата на моларна основа. Това означава, че от всеки два милиона молекули въздух около вас само приблизително една е H₂ (източник: Водород — Уикипедия). Този дял е стабилна фонова стойност, а не нещо, което се променя от град на град или от ден на ден. Той е далеч по-нисък от дебита, който апаратът за водородна инхалация може да генерира при поискване — именно това сравнение разглежда тази статия.

• В атмосферния въздух има около 0,53 ppm молекулярен водород, наред с другите следови газове в атмосферата, като хелий, неон, метан и криптон.
• Този дял остава нисък, вместо да нараства с времето, защото малката маса на водорода му позволява да се изплъзва в космоса по-бързо от по-тежките атмосферни газове.
• Апаратът за водородна инхалация не концентрира водорода, който вече се намира във въздуха в помещението; той генерира нов H₂ от вода чрез електролиза, затова дебитът му се измерва в мл/мин, а не като концентрация в ppm.

Колко водород всъщност има във въздуха, който дишате

Атмосферата на Земята се състои почти изцяло от азот и кислород, а аргонът и въглеродният диоксид съставляват по-голямата част от останалото. Водородът е далеч от тези количества. Той спада към малката група следови газове, в която влизат още хелий, неон, метан и криптон — всеки от тях присъства в толкова малки количества, че не се вижда в обикновена диаграма на състава на въздуха (източник: Какво има във въздуха? — Център за научно образование UCAR). В тази група следови газове измереният дял на молекулярния водород е около 0,53 части на милион на моларна основа. Тази стойност е взета от данни за състава на атмосферата, а не от измерване, свързано с конкретно място или метеорологични условия (източник: Водород — Уикипедия).

Какво означават „части на милион“ на практика

Концентрация, изразена в части на милион, описва съотношение, а не количество, което можете да съберете. Половин част на милион означава, че ако по някакъв начин преброите всяка молекула в проба от два милиона молекули, само приблизително една от тях ще бъде H₂; останалите 1 999 999 ще бъдат азот, кислород, аргон, водни пари и останалата част от сместа. Именно това съотношение прави твърдението „във въздуха има водород“ едновременно технически вярно и подвеждащо на практика: то не прави разлика между газ, който присъства в значими количества, и газ, който е малко повече от закръглителна грешка в общата смес.

Защо това следово количество не се натрупва с времето

Съвсем логично е да се запитате защо газ, който постоянно се произвежда на Земята, включително по биологичен път, не се натрупва бавно до по-голямо количество в продължение на геоложките епохи. Отговорът се свежда до масата. Водородът е най-лекият елемент, а малката му маса позволява на отделните молекули H₂ да достигнат скоростта на напускане на атмосферата и да се отдалечат от горните ѝ слоеве в космоса много по-лесно, отколкото по-тежки газове като азота или кислорода (източник: Водород — Уикипедия). Това не е нито бавен, нито незначителен процес: екзосферата на Земята, най-външната граница на атмосферата, непрекъснато губи водород в космоса със скорост от порядъка на няколко килограма в секунда. Най-горният атмосферен слой е съставен почти изцяло от водород именно защото този газ най-лесно изминава пътя навън (източник: Атмосфера на Земята — Уикипедия).

Когато разгледаме двата процеса един до друг, следовото количество става разбираемо: водородът постъпва в долните слоеве на атмосферата от различни източници приблизително със същата скорост, с която напуска горните слоеве и се отправя към космоса. Резултатът е приблизително равновесие, което поддържа ниска и стабилна концентрация във въздуха, вместо тя да нараства от година на година. Това обяснява и защо стойността от 0,53 ppm се приема за надеждна отправна стойност в атмосферната химия, а не за моментна снимка, която трябва да се актуализира при всяко ново измерване.

Сравнение на дебита на апарат с естественото следово количество

Атмосферната стойност и спецификациите на апарат описват два различни вида измерване и голяма част от объркването започва именно когато ги смесим. Съдържанието на водород в атмосферния въздух е концентрация: дял от огромен, практически неограничен обем. Дебитът на апарат е количество газ, подавано в конкретно, много по-малко пространство за определен период от време — било то помещение или тръбичката, свързана с назална канюла. Например апаратът Hydrion Zenith е проектиран да работи с втория вид стойност: има седем регулируеми нива на дебита, от 300 мл/мин до 1 800 мл/мин. При всяко от тях се подава чист H₂ или смес H₂+O₂, произведена чрез PEM електролиза, с посочена чистота на водорода 99,99% (източник: продуктовата страница).

Не е коректно директно да се сравнява стойност в ppm със стойност в мл/мин, тъй като те измерват различни неща. Въпреки това разликата в мащаба е важният извод: следовото количество във въздуха е толкова малко, че от обикновения въздух в помещението не може да се извлече практически използваемо количество водород. Именно затова подобни апарати изобщо не се опитват да улавят или концентрират водорода, който вече се намира във въздуха. Вместо това те го произвеждат наново от вода чрез електролиза, а избраното от вас ниво на дебита няма нищо общо с количеството водород, което вече се носи във въздуха в помещението.

Защо не можете просто да филтрирате водорода от въздуха в помещението

Филтърът или концентраторът работи, като извлича търсен газ от смес, в която той вече присъства в използваемо количество — както кислородният концентратор извлича кислород от въздуха, който вече съдържа около 21% кислород. При водорода липсва такава изходна концентрация. При приблизително половин част на милион в определен обем въздух просто няма достатъчно водород, за да бъде филтриран в използваемо количество; за да се възстанови дори малко количество, би трябвало да се обработи непрактично голям обем въздух от помещението. Струва си да се отбележи — единствено като отправна точка за сравнение на мащаба, а не като изчисление за безопасност — че водородът във въздуха става запалим едва когато концентрацията му достигне около 4% от обема (източник: Безопасност на водорода — Уикипедия). Това е концентрация десетки хиляди пъти по-висока от естественото следово количество и показва колко далеч е обикновеният въздух от това да бъде „концентриран“. Пълните изчисления за обема на помещението и вентилацията при безопасна работа с апарат са разгледани отделно в материала колко водород може безопасно да има във вентилирано помещение, тъй като това изчисление зависи от размера на помещението и въздушния поток, а не от разглежданото тук естествено следово количество.

Какво означава това, ако обмисляте водородна инхалация

Ако сте попаднали на твърдението, че „във въздуха има водород“, и сте се запитали дали това означава, че апаратът всъщност не е необходим, въпросът ви е напълно уместен. Отговорът е просто въпрос на мащаб: въздухът около вас съдържа молекулярен водород, но концентрацията му е твърде ниска, за да бъде самостоятелен използваем източник. Устройството за водородна инхалация започва от съвсем различна изходна точка: то генерира контролиран, концентриран поток газ от вода, вместо да използва следовото количество, което вече се намира в помещението.

Ако химията зад темата ви е нова, материалът какво представлява молекулярният водород е подходящо място да попълните основните си познания, преди да продължите. За по-широк поглед върху това как протича една сесия и какво да очаквате, наръчник за начинаещи за водородна инхалация разглежда основните неща. А ако ви е интересно какво се случва физиологично, след като вдишате водород, а не само как се произвежда, материалът какво се случва с вдишания газообразен водород в тялото продължава точно оттам, където тази статия свършва. За пълна справка за използваните мерни единици, включително разликата между мл/мин, LPM и PPM, вижте речника на термините за водородна инхалация.