Kan man lave brintgas derhjemme til inhalation? Derfor er DIY-elektrolysesæt en dårlig idé

Hvis du har set en DIY-video om "HHO" eller elektrolyse af saltvand og spekuleret på, om det samme setup med et glas og ledninger kunne forsyne en næsekanyle til en brintinhalationssession, er det direkte svar nej: En simpel elektrolysecelle producerer ikke en gasstrøm, der er sikker eller egnet til at indånde, og årsagerne har intet at gøre med, hvor kraftigt batteriet er, eller hvor mange bobler der kommer fra elektroderne. Det, der faktisk afgør, om outputtet kan indåndes, er den elektrolyt, der tilsættes for at få almindeligt vand til at lede elektricitet, og brints fysiske egenskaber, når den forlader cellen. Begge faktorer taler imod et åbent, improviseret setup på måder, som en forseglet maskine, der er bygget specifikt til formålet, er designet til at undgå.

• Rent vand leder næsten ikke elektricitet, så DIY-sæt tilsætter salt eller lud til vandet, og dette tilsætningsstof bliver en del af gasstrømmen – ikke bare en hjælp til strømmen.
• En saltvandsbaseret celle danner klorgas sammen med brint som et forudsigeligt kemisk resultat, ikke som en lejlighedsvis fejl.
• En ludbaseret celle undgår klor, men håndterer i stedet en stærkt ætsende opløsning og bytter dermed én fare ud med en anden.
• Brint er i sig selv brandfarlig ved meget lav antændelsesenergi, uanset hvilken elektrolyt der blev brugt til at danne den.
• En PEM-maskine (med protonudvekslingsmembran) håndterer disse problemer strukturelt ved at holde gasstrømmene adskilt inde i en forseglet celle, der kører på renset vand i stedet for salt eller lud.

Hvad et elektrolysesæt til hjemmebrug faktisk spalter vand til

Ved simpel elektrolyse bruges elektrisk strøm til at spalte vand ved to elektroder: Brint samles ved den ene, ilt ved den anden. Den del er ægte kemi og helt enkel. Komplikationen er, at rent vand leder elektricitet dårligt, så en celle med almindeligt vand trækker meget lidt strøm og producerer gas meget langsomt. Det er netop derfor, DIY- og HHO-videoer tilsætter bordsalt eller en ludopløsning (natrium- eller kaliumhydroxid) til vandet, før de tænder for strømmen: De opløste ioner leder strømmen, og reaktionen går markant hurtigere.

Den bekvemmelighed har en pris, som videoerne sjældent dvæler ved. Når der først er elektrolyt i vandet, spalter elektroderne ikke længere kun H₂O. De reagerer også med de ioner, som elektrolytten har tilført, og hvad der kommer fra elektroderne, afhænger af, hvilken elektrolyt man har valgt. Før man leder noget hen mod ansigtet, er det værd at spørge ikke "producerer det brint?", for det gør det, men "hvad producerer det ellers sammen med brinten?"

Hvorfor en saltvandsbaseret celle danner klor – ikke kun brint

Når elektrolytten er almindeligt bordsalt (natriumklorid), bevæger kemien sig i en bestemt og veldokumenteret retning. Ved anoden oxideres kloridioner til klorgas i stedet for, at selve vandet oxideres til ilt, mens der stadig dannes brint og hydroxidioner ved katoden som før (kilde: Klor-alkali-processen, Wikipedia). Det er den samme klor-alkali-reaktion, som industrianlæg bevidst bruger til at fremstille klor og natriumhydroxid – her foregår den ved et uheld i et glas. En saltvandselektrolysecelle er derfor en reaktor med tre produkter: brint, klor og opløst natriumhydroxid. En separat beskrivelse af processen angiver desuden, at traditionel saltvandselektrolyse giver "giftigt og ætsende klor" som et direkte biprodukt, i modsætning til elektrolyse med rent eller deioniseret vand (kilde: Elektrolyse af vand, Wikipedia).

Klor er ikke et sporstof, man med rimelighed kan slå hen. Grænseværdier for arbejdsmiljøet regner det for farligt ved koncentrationer på brøkdele af en milliontedel: Det amerikanske National Institute for Occupational Safety and Health fastsætter en grænse på 0,5 ppm over 15 minutter, OSHA's grænse er 1 ppm, og 10 ppm klassificeres som umiddelbart livs- eller helbredstruende (kilde: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Et boblende glas saltvand ved en improviseret, lav spænding kan ikke måle eller kontrollere, hvor meget klor der ender blandet i den gas, det frigiver, og der findes ikke et kanylefilter, som kan gøre denne usikkerhed til et kendt, sikkert tal.

Hvad indånding af klorgas gør ved øjne, næse og lunger

Selv kortvarig eksponering giver svie i øjne, næse, mund og hals samt hoste, og ved højere eksponering kan det udvikle sig til lungeødem – væskeansamling i lungerne, som er en akut medicinsk nødsituation (kilde: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Det kræver ikke en stor lækage. Det kræver blot et valg af elektrolyt, som aldrig var beregnet til noget, en person indånder direkte.

Hvorfor et ludbaseret setup fjerner klorrisikoen, men tilføjer sin egen

Nogle DIY-opbygninger erstatter salt med en koncentreret opløsning af kalium- eller natriumhydroxid, ofte i koncentrationer på 25 til 40 procent efter vægt (kilde: Elektrolyse af vand, Wikipedia). Fordi det her er hydroxid og ikke klorid, der leder strømmen, danner denne variant ikke klorgas, og det er værd at være præcis om dette i stedet for at behandle lud som en mere vag udgave af det samme problem: Kemien er reelt anderledes.

Det, der ikke forsvinder, er selve elektrolytten. En opløsning så koncentreret er stærkt ætsende – samme kategori af kemikalie som bruges i afløbsrens – og angriber hud, øjne og slimhinder ved kontakt. I en åben eller improviseret celle kan dråber eller tåge følge med brinten over i gasledningen, hvilket gør en kemisk fare til en fare ved indånding og kontakt netop dér, hvor gassen skal nå en persons næse. At bytte salt ud med lud bytter et problem med giftig gas ud med et problem med håndtering af ætsende væske; det resulterer ikke i et setup, hvor gassen ganske enkelt er sikker at indånde.

Brints egen brand- og eksplosionsrisiko, uanset elektrolytten

Selv en celle, der på en eller anden måde undgik både klor og medrivning af ætsende væske, ville stadig producere brint, og brint giver håndteringsproblemer, som intet har at gøre med, hvilken elektrolyt der dannede den. Brints antændelige koncentrationsområde i luft går fra cirka 4 procent til 75 procent efter volumen, mens detonationsområdet er smallere, omkring 18,3 til 59 procent, og i praksis kan antændelse forekomme uden for disse nominelle værdier, når der opstår turbulens (kilde: Brintsikkerhed, Wikipedia). Det er et usædvanligt bredt interval sammenlignet med de fleste brandfarlige gasser, hvilket betyder, at der er større mulighed for, at en utilsigtet blanding falder inden for det.

Brint er også let at antænde: Den minimale antændelsesenergi er omkring 0,02 millijoule, blandt de laveste for noget kendt stof og cirka en tiendedel af, hvad en benzin-luft-blanding kræver (kilde: Brintsikkerhed, Wikipedia). En statisk udladning eller en gnist, der er for lille til at blive bemærket, er nok. Læg dertil, at brint er lettere end luft og samler sig nær lofter og under udhæng i stedet for at sprede sig nedad, og at en lækage, der antændes i et lukket rum, snarere vil føre til en eksplosion end en afgrænset flamme (kilde: Brintsikkerhed, Wikipedia), så bliver billedet klart: En åben elektrolysecelle, der kører uden opsyn i et soveværelse eller badeværelse, producerer en gas med reelt lille fejlmargin – oven i det, som selve elektrolytten bidrager med.

Hvad en PEM-maskine gør anderledes

En celle med protonudvekslingsmembran (PEM) håndterer problemerne med klor, ætsende væske og ukontrolleret blanding på én gang – gennem sit design, ikke ved held. Membranen leder protoner, samtidig med at den fysisk fungerer som isolator og barriere mellem reaktanterne, så brint og ilt dannes på hver sin side af membranen i stedet for at boble op sammen i én åben beholder (kilde: Elektrolyse af vand, Wikipedia). Fordi selve membranen er følsom over for opløste ioner, er PEM-systemer konstrueret til at køre på rent, afsaltet fødevand i stedet for saltvand eller lud. Fremmede ioner nedbryder membranen i stedet for blot at tilføre et biprodukt, og derfor er afsaltet vand en praktisk nødvendighed for PEM-elektrolysatorer – ikke et spørgsmål om præference (kilde: Elektrolyse af vand, Wikipedia).

Det er mekanismen bag maskiner som Hydrogen Zenith Hydrogen inhalationsmaskine. Produktets egen produktbeskrivelse angiver en brintrenhed på 99,99 procent, PEM-elektrolyse med en platinbelagt protonmembran, et krav om destilleret eller renset vand med et samlet indhold af opløste stoffer under 3 ppm samt et justerbart output fra 300 til 1.800 ml/min fordelt på syv flowindstillinger. Det er producentens egne specifikationer og ikke uafhængige laboratorietest, men det er stadig den samme type oplysninger, som et specifikationsark giver for enhver slags udstyr, og det står i direkte kontrast til en åben celle, der producerer, hvad end en ukontrolleret reaktion tilfældigvis giver.

Hvis du vil vide mere om, hvordan membranteknologien fungerer generelt, gennemgår vores forklaring af PEM-elektrolyse i brintvandflasker det samme separationsprincip i mindre skala, og artiklen om, hvorfor membrankvaliteten afgør outputkvaliteten forklarer, hvorfor en åben celle ikke kan matche det, et forseglet membransystem er konstrueret til at gøre.

Hvorfor "teknisk set brint" ikke er det samme som "egnet til indånding"

En gasstrøm fra et glas saltvand eller lud kan indeholde brint, men den kan også medføre spor af klor, ætsende tåge eller en uopmålt blanding af brint og ilt, som ingen har kontrolleret, før den nåede frem til en slange. Det er grundlæggende noget andet end et output med en angivet renhedsprocent, produceret af udstyr, der er konstrueret til at forhindre netop disse problemer. Det reelle valg står ikke mellem "DIY" og "købt i en butik" som et spørgsmål om præference; det står mellem at improvisere et lille kemiforsøg indendørs og at bruge udstyr, der er specificeret, testet af producenten og designet til den ene opgave at producere en gas til inhalation med et kendt flow.

Når det er sagt, erstatter specifikationer ikke sund fornuft. En brintdetektor til hjemmet og en fornuftig opmærksomhed på ventilation er stadig fornuftige forholdsregler med alt brintudstyr, hjemmelavet eller fabriksfremstillet, netop fordi brints egen brandfarlighed ikke ændrer sig alt efter, hvor gassen kommer fra. Hvis du vil forstå, hvordan detektorer og ventilationsberegninger faktisk fungerer i stedet for at stole på generelle advarsler, gennemgår vores artikel om, hvordan brintdetektorer fungerer og vores gennemgang af grænser for ventilation ud fra rummets volumen detaljerne. Og hvis du er kommet forbi sikkerhedsspørgsmålet og overvejer, hvilken specialbygget maskine der passer til dit setup, er vores sammenligning af Zenith og Titan det naturlige næste læsestof. Hvis du først vil have en bredere introduktion til, hvad brintinhalation indebærer, er vores begynderguide til brintinhalationsterapi et godt sted at starte.

Denne artikel forklarer, hvad elektrolyse derhjemme faktisk producerer; den er ikke en vejledning i at bygge noget, og intet her bør læses som instruktioner til at samle eller betjene en DIY-gascelle.