Защо машините за вдишване на водород се нуждаят от дестилирана или чиста вода (обяснение на ограниченията за TDS)

Ако в спецификацията на вашата Машина за вдишване на водород Hydrion Zenith пише „Чиста вода / дестилирана вода (TDS < 3 ppm)“, тази стойност има съществено значение. Тя очертава границата между водата, с която електролизната клетка на машината може да работи години наред, и водата, която постепенно ще я замърси отвътре. Причината е свързана с това какво прави протон-обменната мембрана (PEM) вътре в машината, за да произвежда водороден газ, и какво се случва с минералите, разтворени в обикновената чешмяна вода, след като попаднат в този процес.

• Спецификацията посочва стойност, а не марка вода. Дестилираната, дейонизираната и пречистената чрез обратна осмоза вода могат да отговарят на изискването, стига измереното общо количество разтворени твърди вещества да остава под посочения от производителя праг.
• За да работи ефективно, мембраната се нуждае от вода с ниско съдържание на йони. Разтворените в чешмяната вода минерали не преминават през мембраната по същия начин като водородните йони; вместо това се отлагат вътре в клетката.
• Натрупването е постепенно. Една чаша чешмяна вода няма да повреди машината, но при многократно пълнене отлаганията се натрупват така, както варовикът се образува в чайник.
• Един обикновен TDS измервател решава въпроса за всеки водоизточник, в чиято пригодност не сте сигурни, вместо да се налага да гадаете по вкуса или прозрачността на водата.

Какво означава „чиста вода / дестилирана вода (TDS < 3 ppm)“ в спецификацията

В спецификацията на Zenith изискването е посочено ясно: „Изискване за водата: чиста вода / дестилирана вода (TDS < 3 ppm)“. На друго място в продуктовата страница то е повторено като „Дестилирана или пречистена вода (TDS под 3 ppm). Така мембраната остава чиста, а водородът — с чистота 99,99%“ (източник: продуктова страница на Hydrion Zenith). TDS означава общо разтворени твърди вещества. Измерва се в части на милион и служи като приблизителен показател за броя на минералните йони, намиращи се в дадена водна проба. Дестилираната вода от магазина, водата, пречистена с домашна система за обратна осмоза, или водата от дейонизиращ патрон могат да имат стойност под 3 ppm. Затова спецификацията посочва „чиста вода / дестилирана вода“, вместо да назовава само един метод. На практика това изключва чешмяната вода, повечето бутилирани изворни или минерални води и водата, пречистена само с въглероден филтър, тъй като нито един от тези методи не е предназначен да отстранява разтворените йони. Ако искате да разберете как се отчита стойността на TDS измервател и каква стойност обикновено се смята за добра при битова вода, това е разгледано в отделното ръководство за TDS във водата; тази статия се съсредоточава върху причината Zenith да поставя именно това ограничение.

Защо PEM електролизата изисква вода с ниско съдържание на йони

Вътре в Zenith водородният газ се произвежда чрез PEM електролиза с протон-обменна мембрана: тънка мембрана е разположена между два електрода, а електрически ток разделя водните молекули, така че водородните йони да преминат през мембраната от едната страна на другата, където отново се обединяват и образуват водороден газ. Мембраната е създадена така, че да пропуска конкретно водородни йони, а не всичко останало, което може да е разтворено във водата. Когато водата съдържа минерални йони и други примеси, както е при обикновената чешмяна вода, тези йони не преминават през мембраната по предназначения за водородните йони начин. Вместо това се отлагат върху самата клетка. В ръководствата за електролизно оборудване се посочва, че тези отлагания причиняват необратими повреди: те намаляват използваемата повърхност на мембраната, което означава, че при същата електрическа мощност се получава по-малко водород и е необходимо повече усилие (източник: Защо дейонизираната вода е важна за водородните генератори). Когато ефективността на клетката по този начин намалява, тя консумира повече мощност и работи при по-висока температура, опитвайки се да компенсира. Ето защо производителите на оборудване за водород, базирано на PEM, обикновено смятат използването на вода с неподходящо качество за начин на работа извън условията на гаранцията, а не за дребен пропуск в поддръжката. По-широк преглед на работата на SPE/PEM мембраните във водородните водни продукти на Hydrion можете да намерите в това обяснение на принципа на работа, където процесът на електролиза е разгледан по-подробно, отколкото е необходимо за тази статия.

Какво всъщност правят минералите от чешмяната вода вътре в машината

Механизмът става по-ясен, когато разгледаме какво точно правят калциевите и магнезиевите йони в чешмяната вода, след като започне електролизата. Когато през клетката протича ток, тези йони се утаяват на катода под формата на хидроксиди и образуват слой от котлен камък върху повърхността на електрода. В патент за оборудване за електролиза на вода това е описано директно: калцият и магнезият в чешмяната вода „се утаяват върху повърхността на катодната пластина, образуват котлен камък и водят до влошаване на ефективността на електролизата“ (източник: Патент на САЩ 6,251,259 B1). На противоположния електрод хлоридните йони, които се съдържат в повечето чешмяни води, могат да предизвикат отделна корозивна реакция. Изследване на PEM електролиза с вода, замърсена с йони, установява, че естествената киселинност на средата, в която работи мембраната, прави това предизвикано от хлоридите увреждане на електрода по-рисково именно за PEM системите, отколкото за други конструкции на електролизери (източник: Инженеринг на йон-селективен интерфейс за дълготрайна електролиза на нечиста вода). В това изследване електролизата е тествана при концентрации на йони, много по-високи от типичните за чешмяната вода и подобни на тези в морската вода. Затова конкретните срокове до повреда, посочени в изследването, не могат да се приложат директно към еднократно пълнене на Zenith с чешмяна вода. Приложим е обаче основният механизъм: калциевите, магнезиевите и хлоридните йони в обикновената вода активно замърсяват и корозират PEM клетката, вместо просто да остават в нея без да взаимодействат, а колкото повече такива йони обработва клетката с времето, толкова повече се натрупват повредите.

Защо това се различава от препоръките за водата във водородна бутилка

Във водородна бутилка се използва подобен принцип на електролиза, но в много по-малък мащаб и само за няколко минути наведнъж. Затова указанията за качеството на водата за бутилка не са автоматично същите като за машина за вдишване на водород като Zenith, която работи продължително. В отделното ръководство за подходящата вода за водородна бутилка е разгледана тази разлика и начинът, по който допустимото използване на чешмяна вода всъщност се различава при двата вида устройства. Накратко, за Zenith спецификацията изрично посочва изискването, така че няма нужда да гадаете, като се съобразявате с това, което е приемливо за други устройства.

Как изглеждат отлаганията, ако това вече се е случило

Ако машината е работила с чешмяна вода известно време, описаният по-горе котлен камък обикновено се появява като белезникав, тебеширен налеп върху металните повърхности, които са били в контакт с водата, вътре в резервоара или корпуса на клетката. На вид прилича на котления камък, който се образува в чайник, използван с твърда вода. Не се отмива с едно бързо избърсване като прахта, защото представлява минерално отлагане, свързано с повърхността, а не замърсяване, полепнало отгоре. Ако забележите такива отлагания, преминете към вода, която отговаря на посочената стойност за TDS. Проверете в ръководството дали производителят описва конкретна процедура за почистване или премахване на котления камък, тъй като това не е обхванато от самата спецификация за качеството на водата.

Как да намерите и проверите вода, която отговаря на спецификацията

На практика три вида вода могат да отговарят на изискването за стойност под 3 ppm: дестилирана вода от магазина, вода, пречистена с домашна система за обратна осмоза, и вода от специализирана дейонизираща система. Обикновената чешмяна вода, филтрираната чешмяна вода и повечето бутилирани изворни или минерални води не отговарят на изискването, тъй като нито един от тези методи не е предназначен да отстранява разтворените йони до такова ниско ниво. Ако вече имате система за обратна осмоза или дейонизация, обикновено е достатъчно да проверите стойността на изходящата вода от нея, за да потвърдите, че тя отговаря на изискването. Ако използвате дестилирана вода от магазина или не сте сигурни в способностите на дадена филтрираща система, обикновен преносим TDS измервател ще ви даде директен резултат за секунди. Това е по-надеждна проверка от преценката по вкуса или прозрачността на водата. Имайте предвид също, че доливането с чешмяна вода „само този път“ връща обратно точно онези йони, които спецификацията цели да изключи. Единичен такъв случай няма сам по себе си да замърси клетката, но котленият камък и корозията, описани по-горе, са резултат от натрупването при многократни пълнения, а не от една чаша вода.

Преди следващото пълнене проверете спецификацията или ръководството на вашата машина за точната стойност на TDS, тъй като в спецификациите на другите модели на Hydrion за вдишване на водород и за генериране на водород също има изисквания за качеството на водата, дори когато конкретната стойност не е посочена тук. Ако използвате и водородна бутилка, указанията за почистване и ежедневна употреба на това отделно устройство са разгледани в това ръководство за настройка и поддръжка, в което са описани изискванията от собственото ръководство на бутилката.