Hydrion Titan Hydrogen Inhalation Machine

Reiner Wasserstoff oder Knallgas: Bedeutung der Modi und Sicherheitsunterschiede

Wenn im Datenblatt eines Wasserstoff-Inhalationsgeräts Modi wie „einzelner Auslass (gemischtes H2+O2)“, „doppelter Auslass (getrennt)“ und „dreifacher Auslass (reines H2)“ aufgeführt sind, wird damit eigentlich beschrieben, was mit den beiden Gasen geschieht, die bei der Elektrolyse immer gemeinsam entstehen. Bei der Aufspaltung von Wasser entstehen immer Wasserstoff und Sauerstoff im festen Verhältnis 2:1. Ein Gerät kann dieses Gasgemisch entweder gemeinsam als Knallgas austreten lassen oder das Gas durch interne Kanäle leiten, die Wasserstoff und Sauerstoff trennen, bevor es die Nasenbrille erreicht. Diese Wahl der Gasführung ist auch der Grund dafür, dass ein gemischter Gasausstoß sorgfältiger konstruiert sein muss als ein verdünnter Strom aus reinem Wasserstoff: Knallgas ist über einen deutlich größeren Konzentrationsbereich entflammbar und entzündet sich viel leichter als Wasserstoff allein, der mit Raumluft vermischt ist.

  • Bei der Elektrolyse von Wasser entstehen immer gemeinsam Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1. Ein Gerät entscheidet an der Elektrode nicht, „nur Wasserstoff“ zu erzeugen, sondern nur darüber, ob die beiden Gase anschließend getrennt werden.
  • Einzelne/gemischte, doppelte/getrennte und dreifache/reine Auslässe sind drei Möglichkeiten, denselben Elektrolyseausstoß zu leiten – keine drei unterschiedlichen chemischen Prozesse, die im Gerät ablaufen.
  • Wasserstoff in Luft entzündet sich nur innerhalb eines bestimmten Bereichs, ungefähr zwischen 4 % und 75 % Volumenanteil. Ein vorgemischter Knallgasstrom ist dagegen über einen größeren Bereich entflammbar, ungefähr zwischen 4 % und 95 %, und benötigt dafür deutlich weniger Zündenergie.
  • Welcher Auslassmodus für Sie passt, hängt davon ab, wie viele Personen das Gerät verwenden und ob Sie die höchste Wasserstoffkonzentration in einem einzelnen Strom möchten – nicht davon, welcher Modus allgemein „stärker“ ist.

Was „reiner Wasserstoff“ und „Knallgas“ tatsächlich bedeuten

Bei der Elektrolyse wird Wasser durch das Anlegen eines Stroms in seine Bestandteile aufgespalten: Aus 2 H2O werden 2 H2 und O2. Da ein Wassermolekül bereits zwei Wasserstoffatome auf jedes Sauerstoffatom enthält, behalten die an den Elektroden entstehenden Gase immer dasselbe Volumenverhältnis von 2:1 bei (Quelle: Knallgas – Wikipedia). Kein noch so ausgeklügeltes Gerätedesign verändert dieses Ausgangsverhältnis. Der Hersteller legt vielmehr fest, was mit dem Gas geschieht, nachdem es die Elektrolysezelle verlassen hat.

Lässt das Gerät Wasserstoff und Sauerstoff gemeinsam durch eine Leitung strömen, entsteht Knallgas, das manchmal unter Bezeichnungen wie HHO oder Browns Gas vermarktet wird. Trennt das Gerät die beiden Gase dagegen bereits an den Elektroden, kann es über einen Anschluss eine reine Wasserstoffleitung und über einen anderen eine reine Sauerstoffleitung bereitstellen. Die Chemie und die Vermarktungsgeschichte hinter der Bezeichnung Knallgas gehen über den Rahmen dieses Artikels hinaus; ein eigener Beitrag zu Browns Gas und der HHO-Terminologie erläutert das ausführlicher. Hier ist vor allem ein einfacher Punkt wichtig: „reiner Wasserstoff“ und „Knallgas“ sind keine zwei verschiedenen Gase aus unterschiedlichen Quellen, sondern zwei verschiedene Möglichkeiten, wie ein Gerät denselben Elektrolyseausstoß nutzen kann.

Wie der Auslassmodus beeinflusst, was das Gerät abgibt

Wenn klar ist, dass Wasserstoff und Sauerstoff immer gemeinsam entstehen, wird die Bezeichnung Einzel-/Doppel-/Dreifachauslass auf Datenblättern zu einer Frage der Leitungsführung und nicht der Chemie. Ein einzelner, gemischter Auslass leitet den kombinierten H2+O2-Strom über eine Leitung zu einer Nasenbrille, sodass eine Person das Gas genau so einatmet, wie es die Elektrolysezelle verlassen hat. Ein doppelter, getrennter Auslass teilt denselben Ausstoß auf zwei physisch getrennte Leitungen auf. So können zwei Personen das Gerät gleichzeitig verwenden, oder eine Person kann wählen, welches der beiden Gase sie über welche Leitung einatmet. Ein dreifacher Auslass ergänzt einen dritten Weg, der ausschließlich Wasserstoff führt. So steht pro Anwendung die höchste Wasserstoffkonzentration zur Verfügung, die das Gerät liefern kann, da der Ausstoß nicht mit einer reinen Sauerstoffleitung geteilt wird.

Wer einen umfassenderen Rahmen für den Vergleich von Geräten nach Ausstoß, Reinheit und Preisklasse sucht und sich nicht nur für diese eine Angabe im Datenblatt interessiert, findet den allgemeinen Kaufratgeber zu Wasserstoff-Inhalationsgeräten möglicherweise hilfreicher. Wer noch überlegt, ob eine Inhalation überhaupt einen Versuch wert ist, kann mit dem Einsteigerleitfaden zur Wasserstoff-Inhalationstherapie beginnen.

Wie die drei Modi des Titan in dieses Schema passen

Hydrion Titan Wasserstoff-Inhalationsgerät mit drei Auslassöffnungen zur Inhalation
Der Hydrion Titan leitet denselben Elektrolyseausstoß über drei verschiedene Auslasskonfigurationen.

Der Hydrion Titan ist ein anschauliches Beispiel, da sich mit einem einzigen Gerät alle drei Modi nutzen lassen. Seine PEM-Elektrolysezelle erzeugt eine Nennleistung von 3.000 ml/min Gesamtgas bei einer Reinheit von 99,99 %. Das Gas wird im erwarteten Verhältnis von 2:1 aufgeteilt: in 2.000 ml Wasserstoff und 1.000 ml Sauerstoff pro Minute. Bei der Einstellung mit einem Auslass wird dieser kombinierte Strom über eine Nasenbrille an eine Person abgegeben. Bei der Einstellung mit zwei Auslässen werden Wasserstoff und Sauerstoff auf zwei Leitungen aufgeteilt, sodass zwei Personen das Gerät gleichzeitig verwenden können oder die Gasströme unabhängig voneinander genutzt werden können. Bei der Einstellung mit drei Auslässen wird der reine Wasserstoffstrom abgetrennt und einer Person so die höchste Wasserstoffkonzentration bereitgestellt, die das Gerät in einer einzelnen Anwendung liefern kann.

Der Sicherheitsunterschied: gemischtes Gas oder verdünnter reiner Wasserstoff

Der Grund dafür, dass ein Auslass für ein Gasgemisch sorgfältiger konstruiert wird als ein Auslass für reinen Wasserstoff, liegt in den Entflammbarkeitsbereichen. Mit Luft vermischter Wasserstoff entzündet sich nur innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs, etwa zwischen 4 % und 75 % Volumenanteil. Außerhalb dieses Bereichs verbrennt er auch bei vorhandenem Funken nicht (Quelle: Entflammbarkeitsrisiken bei der Wasserstoff-Inhalation – Molecular Hydrogen Institute). Ein vorgemischter Knallgasstrom mit dem von der Elektrolyse erzeugten Verhältnis von etwa 66 % Wasserstoff zu 33 % Sauerstoff ist über einen deutlich größeren Bereich entflammbar, etwa zwischen 4 % und 95 % Volumenanteil. Zur Entzündung genügt eine sehr geringe Zündenergie von ungefähr 0,007 Millijoule (Quelle: Knallgas – Wikipedia). Genau deshalb wird dasselbe Gasgemisch im industriellen Bereich als Schneid- und Schweißbrennstoff verwendet: Es entzündet sich sehr leicht und brennt nach der Zündung sehr bereitwillig.

Reiner Wasserstoff, der über eine Nasenbrille zugeführt wird, verhält sich in der Praxis anders, weil er sich sofort nach dem Austritt aus dem Schlauch mit der umgebenden Raumluft vermischt. Die Konzentration, die eine Person tatsächlich einatmet, hängt von der Durchflussrate des Geräts, dem Atemmuster der Person und der verwendeten Zuführung ab – nicht allein von der Wasserstoffkonzentration am Auslass. Forschende bezeichnen dies als Anteil des eingeatmeten Wasserstoffs. Das bedeutet, dass ein System mit verdünntem reinem Wasserstoff und ein System mit vorgemischtem Knallgas getrennt und nicht nach ein und derselben Regel auf ihre Sicherheit geprüft werden müssen (Quelle: Entflammbarkeitsrisiken bei der Wasserstoff-Inhalation – Molecular Hydrogen Institute).

Was das tatsächliche Risiko im Alltag bestimmt: Belüftung, Durchflussrate und Zündquellen

Deshalb bauen Hersteller, die einen Modus mit gemischtem Gasausstoß anbieten, stärkere technische Schutzmaßnahmen ein als bei einem Gerät, das ausschließlich verdünnten reinen Wasserstoff abgibt: eine ausreichende Belüftung rund um das Gerät, das Fernhalten offener Flammen und anderer Zündquellen vom Gasweg sowie die Begrenzung der internen Konzentrationen im Gerät unterhalb der Entflammbarkeitsschwelle während des normalen Betriebs. Nichts davon bedeutet, dass ein Modus mit gemischtem Gas bei bestimmungsgemäßer Verwendung unsicher ist. Es bedeutet, dass der Spielraum für Fehler geringer ist und die Konstruktion diese Lücke schließen muss, statt die Verantwortung dem Nutzer zu überlassen. In diesem Abschnitt geht es ausschließlich um die Sicherheit im Zusammenhang mit Verbrennung. Wer Fragen zu physiologischen Nebenwirkungen der Wasserstoff-Inhalation hat, also nicht zur Sicherheit beim Umgang mit Gas, findet dazu separate Informationen in einem eigenen Beitrag zu den Ergebnissen von Sicherheitsstudien über Nebenwirkungen der Wasserstoff-Inhalation.

Den passenden Modus wählen: Wofür die einzelnen Modi tatsächlich gedacht sind

Wenn die chemischen und sicherheitstechnischen Grundlagen klar sind, hängt die Wahl des Modus davon ab, wie Sie das Gerät verwenden möchten – nicht davon, welcher Modus am fortschrittlichsten klingt. Der einzelne, gemischte Modus eignet sich für eine Person, die eine unkomplizierte Anwendung mit dem gesamten kombinierten Ausstoß des Geräts wünscht, ohne sich mit dessen Aufteilung befassen zu müssen. Der doppelte, getrennte Modus eignet sich für zwei Personen, die sich ein Gerät teilen, oder für eine einzelne Person, die Wasserstoff und Sauerstoff für verschiedene Zwecke getrennt nutzen möchte. Der dreifache, reine Modus eignet sich für Personen, denen die höchste Konzentration an reinem Wasserstoff wichtig ist, die das Gerät liefern kann, und die dafür in Kauf nehmen, dass in diesem Modus nur der Wasserstoffanteil des Gesamtausstoßes genutzt wird. Keine der drei Einstellungen ist grundsätzlich besser als die anderen. Jede leitet denselben festgelegten Elektrolyseausstoß im Verhältnis 2:1 anders, und welche die richtige ist, hängt davon ab, wer das Gerät verwendet und was die Person bei einer Anwendung erreichen möchte.

Was Sie vor der Entscheidung im Datenblatt eines Geräts prüfen sollten

Ein paar Punkte im Datenblatt helfen dabei, Geräte fairer zu vergleichen, statt sich allein an den Bezeichnungen der Modi zu orientieren:

  • Gesamtausstoß in ml/min und angegebener Reinheitsgrad in Prozent, da diese Werte die Obergrenze für jeden Modus des Geräts festlegen.
  • Ob das angegebene Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis tatsächlich dem Verhältnis von 2:1 entspricht, das bei der Elektrolyse entsteht. Bei Abweichungen sollten Sie nachfragen, statt sie einfach als gegeben hinzunehmen.
  • Ob „getrennte“ oder „reine“ Auslässe auf einer echten internen Konstruktion zur Gastrennung beruhen oder lediglich eine andere Bezeichnung für dieselbe einzelne Leitung mit gemischtem Gas sind.
  • Das Handbuch und das Datenblatt des Geräts, abgeglichen mit den Werbeangaben, denn auch die Elektrolysetechnologie beeinflusst, wie konstant diese Werte langfristig bleiben. Die Unterschiede zwischen den Elektrolyttypen werden gesondert in einer Erläuterung zu PEM- und alkalischer Elektrolyse in Wasserstoff-Inhalationsgeräten behandelt.

Sobald die chemischen und sicherheitstechnischen Grundlagen der Auslassmodi klar sind, stellt sich als Nächstes die Frage, welcher Modus des Geräts am besten zu Ihrer geplanten Verwendung passt: allein, gemeinsam mit einer anderen Person oder mit dem Wunsch nach der höchsten Konzentration an reinem Wasserstoff pro Anwendung. Genau dafür ist eine Konstruktion mit einem, zwei oder drei Auslässen wie beim Titan gedacht: Ein einziges Gerät deckt damit verschiedene Anwendungsfälle ab, statt für drei unterschiedliche Einsatzzwecke drei separate Geräte zu benötigen.

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