Wie funktioniert eine Wasserstoffwasser-Flasche? Ein Schritt-für-Schritt-Blick ins Innere eines Zyklus

Eine Wasserstoffwasser-Flasche funktioniert, indem sie einen elektrischen Strom durch das Wasser leitet, das sich im Sockel befindet. Dadurch wird ein Teil des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Eine Membran im Inneren hält die beiden Gase während ihrer Entstehung voneinander getrennt, der Sauerstoff wird über einen eigenen Weg abgeleitet und das Wasserstoffgas löst sich im Wasser, statt als Bläschen zu entweichen. All das geschieht automatisch und eingeschlossen in einem kleinen Gerät – während der wenigen Minuten, die der Zyklus nach dem Drücken der Taste läuft.

Im weiteren Verlauf dieses Artikels wird dieser Ablauf Schritt für Schritt erklärt. Als konkrete Beispiele dienen der einzelne, fest eingestellte Zyklus von Hydrion Core und das Zwei-Programm-Konzept von Hydrion Pulse. So wird gezeigt, wie die Komponenten und der Timer tatsächlich funktionieren.

• Die Taste oder der Touchscreen teilt der Steuerplatine mit, welches gespeicherte Programm ausgeführt werden soll; sie leitet den Strom nicht direkt zu den Elektroden.
• In der Wasserkammer spaltet Gleichstrom an einem Elektrodenpaar die Wassermoleküle.
• Eine Protonenaustauschmembran lässt geladene Wasserstoffionen hindurch, hält die Wasserstoff- und Sauerstoffgasmoleküle aber auf getrennten Seiten.
• Das abgetrennte Nebenproduktgas wird aus dem Gerät abgeleitet, statt in der Kammer zu bleiben.
• Das während des Zyklus entstehende Wasserstoffgas löst sich im umgebenden Wasser. Je länger der Zyklus läuft, desto mehr Zeit hatte es, sich aufzulösen.

Was passiert zwischen dem Drücken der Taste und dem Trinken des Wassers?

Von außen sieht eine Wasserstoffwasser-Flasche wie ein einzelnes, geschlossenes Gerät mit einer Taste und einer Wasserkammer aus. Im Inneren läuft ein Zyklus in einer festgelegten Reihenfolge über fünf klar voneinander abgegrenzte Phasen ab: Die Steuerplatine aktiviert den Vorgang, das Wasser wird an den Elektroden gespalten, die Membran trennt die beiden entstehenden Gase, das Nebenproduktgas wird abgeleitet und Wasserstoff löst sich in dem Wasser, mit dem die Kammer befüllt wurde. Keine dieser Phasen ist von außen zu beobachten, und nach dem Drücken der Taste müssen Sie nichts weiter tun. Sobald der Zyklus startet, läuft er selbstständig so lange, wie das jeweilige Programm eingestellt ist. Im Folgenden wird erklärt, was in jeder Phase tatsächlich geschieht.

Schritt 1: Die Steuerplatine erfasst den Tastendruck

Der Vorgang beginnt mit einer berührungsempfindlichen Taste oder einem kleinen Display am Sockel der Flasche. Durch das Drücken wird nicht direkt Strom an die Elektroden angelegt. Stattdessen wird der Steuerplatine mitgeteilt, welches voreingestellte Programm sie ausführen soll, einschließlich der Zyklusdauer. Dieser Unterschied ist wichtig, denn er erklärt, warum manche Flaschen mit nur einer Taste mehr als eine Option bieten. Hydrion Pulse funktioniert genau nach diesem Prinzip: Einmaliges Drücken startet ein fünfminütiges Programm, zweimaliges Drücken in schneller Folge stattdessen ein zehnminütiges Programm. Mit der Taste wird zwischen zwei gespeicherten Einstellungen gewählt, die der Steuerplatine bereits bekannt sind. Die Elektroden werden nicht während des Betriebs angepasst.

Schritt 2: In der Elektrolysezelle wird das Wasser gespalten

Sobald die Steuerplatine ein Programm aktiviert, leitet sie Gleichstrom durch ein Elektrodenpaar in der Wasserkammer. An einer Elektrode geben Wassermoleküle Elektronen ab und bilden Sauerstoff. An der anderen verbinden sich diese Elektronen mit den bereits im Wasser vorhandenen Wasserstoffionen und bilden Wasserstoffgas. Das ist gewöhnliche Wasserelektrolyse – dieselbe Reaktion, die bei der Wasserstoffherstellung für Brennstoffzellen und in der Industrie eingesetzt wird. Für den Ablauf werden nur Strom und Wasser benötigt.

Da die Elektroden im Wasser sitzen und bei wiederholten Zyklen Strom führen, benötigen sie eine korrosionsbeständige Beschichtung. Je nach Modell besteht diese aus Platin, einer Platin-Iridium-Legierung oder platinbeschichtetem Titan. In den angegebenen technischen Daten von Hydrion Core sind beispielsweise Platin-Iridium-Elektroden in Kombination mit einer 300-ml-Kammer und einem Akku aufgeführt, der pro Ladung für etwa 15 bis 20 Anwendungen ausgelegt ist. Dadurch kann das Elektrodenpaar Zyklus für Zyklus die Elektrolyse überstehen.

Schritt 3: Die Membran hält die beiden Gase voneinander getrennt

Wenn die Elektrolyse in offenem Wasser und ohne weitere Komponenten in der Kammer ablaufen würde, würden sich der an den beiden Elektroden entstehende Wasserstoff und Sauerstoff im selben Raum vermischen. Genau dafür ist die Membran da. Zwischen den Elektroden befindet sich eine Protonenaustauschmembran. Sie leitet die geladenen Wasserstoffionen hindurch und blockiert gleichzeitig physisch die Gasmoleküle. So entsteht Wasserstoff auf der einen und Sauerstoff auf der anderen Seite der Membran. Die Membran hält die Gase voneinander getrennt – nicht etwa der Abstand zwischen ihnen oder der Zeitpunkt ihrer Entstehung.

Deshalb wird auch von im Wasser gelöstem Wasserstoff gesprochen und nicht von Gas, das hindurchperlt: Die Membran soll ausdrücklich verhindern, dass sich die beiden Gase wieder verbinden oder gleichzeitig im selben Wasser vermischen. Ein einfaches Elektrodenpaar ohne Membran kann das allein nicht leisten.

Schritt 4: Wohin der Sauerstoff gelangt

Das an der sauerstoffbildenden Elektrode entstehende Gas muss irgendwohin, sobald es von der Wasserstoffseite getrennt wurde. Statt in der Kammer zu bleiben und sich möglicherweise wieder im Wasser zu lösen, wird es über einen eigenen, im Sockel oder Deckel integrierten Entlüftungsweg aus dem Gerät geleitet. In den Produktseiten von Hydrion wird dieses abgeleitete Gas als Sauerstoff beschrieben. In der Produktbeschreibung von Core wird außerdem eine geringe Menge Ozon als Teil dieses Nebenproduktstroms erwähnt. Diese Beschreibung gibt die Darstellung des Herstellers zur internen Führung der Gase wieder. Von außen lässt sie sich nicht überprüfen. Daher sollte man sie als angegebenes Konstruktionsmerkmal verstehen, nicht als unabhängig gemessenes Ergebnis.

Schritt 5: Wasserstoff löst sich im Trinkwasser

Während das Nebenproduktgas abgeleitet wird, löst sich das an der anderen Elektrode entstandene Wasserstoffgas im Wasser, das sich weiterhin in der Kammer befindet. Je länger der Zyklus läuft, desto mehr Zeit hatte der Wasserstoff, sich aufzulösen. Deshalb geben Hersteller für längere Programme höhere Werte in Parts per Billion an als für kürzere. Diese Werte sind Ergebnisse, die der Hersteller unter seinen eigenen Testbedingungen angibt; sie wurden in diesem Artikel nicht unabhängig gemessen. Ein angegebener PPB-Wert ist daher als Herstellerangabe für die jeweilige Zyklusdauer zu verstehen, nicht als Garantie für jedes Glas.

Nach dem Ende des Zyklus bleibt die Konzentration des gelösten Wasserstoffs nicht unbegrenzt gleich. Deshalb gehört es zur selben Konstruktionslogik und ist keine willkürliche Anweisung, das Wasser kurz nach Zyklusende zu trinken. In diesem Artikel dazu, wie lange Wasserstoff im Wasser bleibt wird erklärt, was nach dem Zyklus der Flasche mit dieser Konzentration geschieht. Daher wird das Thema hier nicht wiederholt.

Was Timer und Tastendruckfolge tatsächlich steuern

Wenn man die fünf Phasen zusammennimmt, wirkt der Timer nicht mehr wie eine willkürliche Einstellung. Hydrion Core führt bei jedem Drücken der Taste dasselbe festgelegte Programm von unter fünf Minuten aus. In diesem Durchlauf durchläuft das Wasser die Phasen Spaltung, Membrantrennung, Ableitung und Sättigung. Hydrion Pulse bietet die Wahl zwischen zwei gespeicherten Programmen: Einmal drücken für einen fünfminütigen Zyklus, für den der Hersteller rund 4.000 PPB angibt, oder zweimal drücken für einen zehnminütigen Zyklus, für den bis zu 8.000 PPB angegeben werden. Bei beiden Flaschen wird mit der Taste ein Programm ausgewählt, das bereits in der Steuerplatine gespeichert ist. Die Taste gibt keinen direkten Einfluss auf Spannung, Stromstärke oder das Verhalten der Membran.

Zwei Dinge sollte man hier auseinanderhalten. Ein längerer Zyklus ist nicht automatisch für jeden Anwendungsfall „besser“; es handelt sich um einen längeren Durchlauf desselben Vorgangs. Welche Dauer passend ist, hängt davon ab, wie das Wasser verwendet werden soll, nicht allein vom PPB-Wert. Deshalb behandelt dieser Artikel auch die von Hydrion Core und Hydrion Pulse angegebenen Werte als vom Hersteller berichtete Ergebnisse ihrer jeweiligen Programme und nicht als Vergleichsrangliste der beiden Flaschen. Wer die zugrunde liegenden Einheiten erklärt bekommen oder dieses membranbasierte Konzept mit anderen Elektrolyseverfahren vergleichen möchte, findet Antworten auf diese konkreten Fragen an anderer Stelle: Was PPB und PPM tatsächlich messen ist ein eigenes Thema, und Wie sich die SPE/PEM-Elektrolyse im Vergleich zu Einkammer-Designs verhält geht näher auf die Membrantechnologie selbst ein.

Die einzelnen Bauteile der Flasche

Wenn man den Zyklus verstanden hat, lässt sich die Flasche recht einfach den einzelnen Phasen zuordnen. In der Kammer befindet sich das eingefüllte Wasser während des gesamten Zyklus – von der Aktivierung bis zur Sättigung. Im Sockel befinden sich die Steuerplatine und die Elektrolysezelle einschließlich des Elektrodenpaars und der Membran dazwischen. Der Entlüftungsweg für das Nebenproduktgas ist in den Sockel oder in die Deckelfuge integriert und kein separates Zubehörteil, das angebracht werden muss. Nichts davon muss geöffnet oder überprüft werden: Bei jedem Zyklus laufen alle fünf Phasen im Inneren des geschlossenen Sockels ab.

Alltägliche Fragen wie die Füllmenge, die Häufigkeit der Zyklen sowie die Reinigung und das Aufladen der Flasche liegen außerhalb des Themas dieses Artikels. Die Anleitung zur Einrichtung und Verwendung einer Wasserstoffwasser-Flasche erklärt diese Routine ausführlich. Wer dieses Flaschenformat mit einem eigenständigen Wasserstoffwassergenerator oder einem Inhalator vergleicht, erfährt in dieser Erklärung zur Funktionsweise von Wasserstoffwassergeneratoren, worin sich das Design unterscheidet.

Sobald die fünf Phasen als Abfolge und nicht mehr als Blackbox verständlich sind, ist es am sinnvollsten, als Nächstes zu prüfen, welches Programm die eigene Flasche tatsächlich bietet: einen einzelnen festgelegten Zyklus wie bei Core oder die Wahl zwischen zwei Programmen anhand der Anzahl der Tastendrücke wie bei Pulse. Wenn man weiß, welches Modell man hat, weiß man auch, was beim Drücken der Taste tatsächlich abläuft.