Er der hydrogen i luften? Naturlige niveauer sammenlignet med output fra en inhalator

Ja, der er hydrogen i den luft, du indånder, men kun i spormængder: Molekylært hydrogen (H₂) udgør cirka 0,53 milliontedele af atmosfæren målt på molbasis, hvilket betyder, at kun omkring ét ud af hver to millioner luftmolekyler omkring dig er H₂ (kilde: Hydrogen - Wikipedia). Denne andel er en stabil baggrundsværdi og svinger ikke fra by til by eller fra dag til dag. Den ligger desuden langt under den gasstrøm, en hydrogeninhalationsmaskine kan levere efter behov – det er denne forskel, artiklen gennemgår.

• Luften omkring os indeholder cirka 0,53 ppm molekylært hydrogen, som hører til blandt atmosfærens øvrige sporgasser, såsom helium, neon, metan og krypton.
• Andelen forbliver lav i stedet for at stige over tid, fordi hydrogens lave masse gør, at det slipper ud i rummet hurtigere end tungere atmosfæriske gasser.
• En hydrogeninhalationsmaskine koncentrerer ikke det hydrogen, der allerede findes i rumluften; den danner frisk H₂ af vand ved hjælp af elektrolyse. Derfor måles dens output som en flowhastighed (ml/min) og ikke som en koncentration (ppm).

Hvor meget hydrogen er der egentlig i den luft, du indånder?

Jordens atmosfære består overvejende af kvælstof og ilt, mens argon og kuldioxid udgør det meste af resten. Hydrogen findes slet ikke i nærheden af samme mængder. Det hører til den lille gruppe af sporgasser, som også omfatter helium, neon, metan og krypton, der hver især forekommer i så små mængder, at de ikke vises på et grundlæggende sammensætningsdiagram (kilde: What's in the Air? - UCAR Center for Science Education). Blandt disse sporgasser udgør molekylært hydrogen cirka 0,53 milliontedele målt på molbasis. Tallet stammer fra data om atmosfærens sammensætning og er ikke specifikt for et bestemt sted eller vejrforhold (kilde: Hydrogen - Wikipedia).

Hvad betyder "milliontedele" i praksis?

En koncentration angivet i milliontedele beskriver et forhold, ikke en mængde, du kan opsamle. En halv milliontedel betyder, at hvis du på en eller anden måde kunne tælle hvert eneste molekyle i en prøve på to millioner, ville kun cirka ét af dem være H₂; de øvrige 1.999.999 ville være kvælstof, ilt, argon, vanddamp og resten af blandingen. Det forhold er grunden til, at udsagnet "der er hydrogen i luften" både er teknisk korrekt og vildledende i praksis: Udsagnet skelner ikke mellem en gas, der forekommer i betydelige mængder, og en, der knap nok er mere end en afrundingsfejl i den samlede blanding.

Hvorfor ophobes denne spormængde ikke over tid?

Det er rimeligt at spørge, hvorfor en gas, der hele tiden dannes på Jorden, også biologisk, ikke langsomt ophobes til større mængder over geologisk tid. Svaret handler om masse. Hydrogen er det letteste grundstof, der findes, og den lave masse gør, at enkelte H₂-molekyler kan nå undvigelseshastigheden og drive ud fra den øvre atmosfære og ud i rummet langt lettere, end tungere gasser som kvælstof og ilt nogensinde ville kunne (kilde: Hydrogen - Wikipedia). Det er heller ikke en langsom proces af marginal betydning: Jordens exosfære, atmosfærens yderste rand, mister løbende hydrogen til rummet med en hastighed på nogle få kilogram i sekundet, og atmosfærens øverste lag består næsten udelukkende af hydrogen, netop fordi det er den gas, der bedst kan foretage denne opstigning og slippe væk (kilde: Atmosphere of Earth - Wikipedia).

Sætter man de to processer op mod hinanden, giver spormængden mening: Hydrogen kommer fra forskellige kilder ind i den nedre atmosfære omtrent lige så hurtigt, som det forlader den øvre atmosfære på vej ud i rummet. Resultatet er en omtrentlig ligevægt, der holder koncentrationen i luften lav og stabil i stedet for at lade den stige år efter år. Det forklarer også, hvorfor tallet 0,53 ppm betragtes som en pålidelig referenceværdi inden for atmosfærekemi og ikke som et øjebliksbillede, der skal opdateres efter hver ny måling.

Sammenligning af en maskines output med spormængden i luften

Tallet for atmosfæren og specifikationerne for en maskine beskriver to forskellige slags målinger, og det er ofte dér, forvirringen begynder. Hydrogenindholdet i luften omkring os er en koncentration: en andel af et enormt, i praksis ubegrænset volumen. En maskines output er en flowhastighed: en mængde gas, der leveres til et bestemt, meget mindre rum i løbet af en bestemt tidsenhed, uanset om det er et rum eller slangen til en næsekanyle. Hydrion Zenith er for eksempel bygget op omkring denne anden type tal med syv justerbare outputniveauer fra 300 ml/min til 1.800 ml/min. Hvert niveau fås med enten ren H₂ eller en blanding af H₂+O₂, produceret ved hjælp af PEM-elektrolyse med en angivet hydrogenrenhed på 99,99 % (kilde: produktsiden).

Det er ikke nogen ligetil beregning at sammenligne et ppm-tal direkte med et ml/min-tal, da de måler forskellige ting, men forskellen i skala er stadig den vigtige pointe: Spormængden i luften er så lille, at det ikke er praktisk muligt at udvinde hydrogen fra almindelig rumluft. Netop derfor forsøger maskiner som denne slet ikke at opsamle eller koncentrere det hydrogen, der allerede findes i luften. I stedet fremstiller de det på ny af vand ved hjælp af elektrolyse, og det outputniveau, du vælger, har intet at gøre med, hvor meget hydrogen der allerede svæver rundt i rummet.

Hvorfor kan du ikke bare filtrere hydrogen ud af rumluften?

Et filter eller en koncentrator virker ved at trække en ønsket gas ud af en blanding, hvor den allerede findes i en anvendelig mængde – på samme måde som en iltkoncentrator udvinder ilt af luft, der allerede indeholder cirka 21 % ilt. Hydrogen giver ikke det samme udgangspunkt. Med cirka en halv milliontedel er der ganske enkelt ikke nok af det i en given luftmængde til at filtrere en meningsfuld mængde ud; du skulle behandle en upraktisk stor mængde rumluft for at genvinde selv en lille smule. Som en ren reference for størrelsesforholdet, ikke som en sikkerhedsberegning, er det værd at bemærke, at hydrogen i luft først bliver brandfarligt, når koncentrationen når cirka 4 % af volumen (kilde: Hydrogen safety - Wikipedia) – en koncentration, der er titusindvis af gange højere end spormængden i luften. Det understreger, hvor langt der er fra almindelig luft til noget, der faktisk er "koncentreret". Den fulde beregning af rumvolumen og ventilation ved sikker brug af en maskine gennemgås særskilt i hvor meget hydrogen et ventileret rum sikkert kan indeholde, da den beregning afhænger af rummets størrelse og luftgennemstrømning, ikke af spormængden i luften, som denne artikel handler om.

Hvad betyder det, hvis du overvejer hydrogeninhalation?

Hvis du er stødt på påstanden om, at "der er hydrogen i luften", og har spekuleret på, om det betød, at en maskine på en eller anden måde var unødvendig, var det helt rimeligt at stille spørgsmålet. Svaret handler ganske enkelt om størrelsesforhold: Luften omkring dig indeholder molekylært hydrogen, men i en så lav koncentration, at den ikke kan bruges som kilde i sig selv. En enhed, der er beregnet til hydrogeninhalation, tager udgangspunkt i noget helt andet: Den danner en kontrolleret, koncentreret gasstrøm ud fra vand i stedet for at trække på de spormængder, der allerede findes i rummet.

Hvis kemien bag dette er ny for dig, er hvad molekylært hydrogen egentlig er et godt sted at få den baggrund på plads, før du går videre. Hvis du vil have et bredere overblik over, hvordan en session foregår, og hvad du kan forvente, når du går i gang, gennemgår en begynderguide til hydrogeninhalation det grundlæggende. Og hvis du er nysgerrig på, hvad der sker fysiologisk, når hydrogen indåndes, og ikke kun på, hvordan det fremstilles, fortsætter hvad kroppen gør med indåndet hydrogengas præcis dér, hvor denne artikel slutter. Hvis du vil have en fuld oversigt over de anvendte enheder, herunder forskellen mellem ml/min, LPM og PPM, gennemgår ordlisten over hydrogeninhalation dem alle i detaljer.