Γιατί οι συσκευές υδρογόνου χρειάζονται απεσταγμένο ή καθαρό νερό (όρια TDS)
Αν οι προδιαγραφές του Hydrion Zenith αναφέρουν «Καθαρό νερό / απεσταγμένο νερό (TDS < 3 ppm)», αυτή η τιμή έχει ουσιαστική σημασία. Ορίζει τη διαφορά ανάμεσα στο νερό με το οποίο μπορεί να λειτουργεί για χρόνια το ηλεκτρολυτικό στοιχείο της συσκευής και στο νερό που θα προκαλέσει σταδιακά επικαθίσεις στο εσωτερικό του. Η αιτία βρίσκεται στον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) στο εσωτερικό της συσκευής για την παραγωγή αερίου υδρογόνου, καθώς και στο τι συμβαίνει με τα διαλυμένα μέταλλα του συνηθισμένου νερού της βρύσης όταν εισέρχονται σε αυτή τη διαδικασία.
- Η προδιαγραφή ορίζει μια τιμή, όχι μια μάρκα νερού. Το απεσταγμένο, το απιονισμένο και το νερό αντίστροφης όσμωσης μπορούν να πληρούν την προδιαγραφή, αρκεί η ένδειξη των ολικών διαλυμένων στερεών να παραμένει κάτω από το όριο που ορίζει ο κατασκευαστής.
- Η μεμβράνη χρειάζεται νερό με χαμηλή περιεκτικότητα σε ιόντα για να λειτουργεί αποδοτικά. Τα διαλυμένα μέταλλα του νερού της βρύσης δεν περνούν μέσα από τη μεμβράνη όπως τα ιόντα υδρογόνου· αντίθετα, εναποτίθενται στο εσωτερικό του στοιχείου.
- Οι επικαθίσεις συσσωρεύονται με τον καιρό. Ένα ποτήρι νερό βρύσης δεν θα καταστρέψει τη συσκευή, αλλά οι επαναλαμβανόμενες προσθήκες νερού συσσωρεύονται, όπως ακριβώς σχηματίζονται τα άλατα σε έναν βραστήρα.
- Ένας απλός μετρητής TDS δίνει ξεκάθαρη απάντηση για κάθε πηγή νερού για την οποία έχετε αμφιβολίες, αντί να βασίζεστε στη γεύση ή στη διαύγεια.
Τι σημαίνει η προδιαγραφή «καθαρό νερό / απεσταγμένο νερό (TDS < 3 ppm)»
Η προδιαγραφή του ίδιου του Zenith αναφέρει ξεκάθαρα την απαίτηση: «Απαίτηση νερού: Καθαρό νερό / απεσταγμένο νερό (TDS < 3 ppm)», η οποία επαναλαμβάνεται αλλού στη σελίδα προϊόντος ως «Απεσταγμένο ή καθαρισμένο νερό (TDS κάτω από 3 ppm). Έτσι η μεμβράνη διατηρείται καθαρή και το υδρογόνο έχει καθαρότητα 99,99%» (πηγή: σελίδα προϊόντος Hydrion Zenith). TDS σημαίνει ολικά διαλυμένα στερεά και μετριέται σε μέρη ανά εκατομμύριο· αποτελεί ένδειξη του αριθμού των μεταλλικών ιόντων που υπάρχουν σε ένα δείγμα νερού. Το απεσταγμένο νερό σε φιάλη από το σουπερμάρκετ, το νερό που περνά από οικιακό σύστημα αντίστροφης όσμωσης ή το νερό από φυσίγγιο απιονισμού μπορούν όλα να έχουν τιμή κάτω από το όριο των 3 ppm. Γι’ αυτό η προδιαγραφή αναφέρει «καθαρό νερό / απεσταγμένο νερό» και όχι μία συγκεκριμένη μέθοδο. Στην πράξη, αποκλείει το νερό της βρύσης, τα περισσότερα εμφιαλωμένα νερά πηγής ή μεταλλικά νερά, καθώς και το νερό που έχει περάσει μόνο από φίλτρο άνθρακα, αφού καμία από αυτές τις διαδικασίες δεν έχει σχεδιαστεί για να αφαιρεί τα διαλυμένα ιόντα. Αν θέλετε να μάθετε πώς λειτουργεί η ένδειξη ενός μετρητή TDS και ποια τιμή θεωρείται γενικά καλή για το οικιακό νερό, θα βρείτε αυτές τις πληροφορίες σε ξεχωριστό οδηγό για το TDS στο νερό· αυτό το άρθρο εστιάζει στο γιατί το Zenith θέτει συγκεκριμένα αυτό το όριο.
Γιατί η ηλεκτρόλυση PEM χρειάζεται ειδικά νερό με χαμηλή περιεκτικότητα σε ιόντα
Στο εσωτερικό του Zenith, το αέριο υδρογόνο παράγεται με ηλεκτρόλυση μέσω μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM): μια λεπτή μεμβράνη βρίσκεται ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια και ένα ηλεκτρικό ρεύμα διασπά τα μόρια του νερού, ώστε τα ιόντα υδρογόνου να περάσουν μέσα από τη μεμβράνη από τη μία πλευρά στην άλλη, όπου ενώνονται ξανά και σχηματίζουν αέριο υδρογόνο. Η μεμβράνη είναι σχεδιασμένη ειδικά για να επιτρέπει τη διέλευση ιόντων υδρογόνου, όχι οποιασδήποτε άλλης ουσίας που τυχόν έχει διαλυθεί στο νερό. Όταν το νερό περιέχει μεταλλικά ιόντα και άλλες ακαθαρσίες, όπως συμβαίνει με το συνηθισμένο νερό της βρύσης, αυτά τα ιόντα δεν περνούν από τη μεμβράνη όπως προορίζονται να περνούν τα ιόντα υδρογόνου. Αντίθετα, καταλήγουν να εναποτίθενται στο ίδιο το στοιχείο, και οι οδηγίες για τον εξοπλισμό ηλεκτρόλυσης περιγράφουν αυτή την επικάθιση ως αιτία μη αναστρέψιμης βλάβης: μειώνει την ωφέλιμη επιφάνεια της μεμβράνης, με αποτέλεσμα η ίδια ηλεκτρική ισχύς να παράγει λιγότερο υδρογόνο και να απαιτεί μεγαλύτερη προσπάθεια (πηγή: Γιατί έχει σημασία το απιονισμένο νερό στις συσκευές παραγωγής υδρογόνου). Καθώς το στοιχείο χάνει με αυτόν τον τρόπο την αποδοτικότητά του, καταναλώνει περισσότερη ενέργεια και λειτουργεί σε υψηλότερη θερμοκρασία για να ανταποκριθεί. Γι’ αυτό οι κατασκευαστές εξοπλισμού υδρογόνου που βασίζεται στην τεχνολογία PEM θεωρούν γενικά τη λειτουργία με νερό ακατάλληλης ποιότητας ως χρήση εκτός των όρων εγγύησης της συσκευής και όχι ως μια μικρή παράλειψη στη συντήρηση. Για μια ευρύτερη επισκόπηση του τρόπου λειτουργίας των μεμβρανών SPE/PEM στα προϊόντα υδρογονούχου νερού της Hydrion, αυτή η επεξήγηση του μηχανισμού παρουσιάζει τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης με περισσότερες λεπτομέρειες από όσες χρειάζεται αυτό το άρθρο.
Τι κάνουν στην πράξη τα μέταλλα του νερού της βρύσης στο εσωτερικό της συσκευής
Ο μηχανισμός γίνεται πιο σαφής αν εξετάσουμε τι κάνουν συγκεκριμένα τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου του νερού της βρύσης όταν ξεκινά η ηλεκτρόλυση. Καθώς περνά ρεύμα μέσα από το στοιχείο, αυτά τα ιόντα καθιζάνουν στην κάθοδο ως υδροξείδια, σχηματίζοντας ένα στρώμα αλάτων στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για εξοπλισμό ηλεκτρόλυσης νερού περιγράφει άμεσα αυτή τη διαδικασία και σημειώνει ότι το ασβέστιο και το μαγνήσιο του νερού της βρύσης «καθιζάνουν στην επιφάνεια της πλάκας καθόδου, σχηματίζουν άλατα και μειώνουν την αποδοτικότητα της ηλεκτρόλυσης» (πηγή: Δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ 6.251.259 B1). Στο απέναντι ηλεκτρόδιο, τα ιόντα χλωρίου που υπάρχουν στα περισσότερα νερά βρύσης μπορούν να προκαλέσουν μια ξεχωριστή αντίδραση διάβρωσης. Έρευνα για την ηλεκτρόλυση PEM με νερό που περιέχει ιόντα διαπίστωσε ότι οι φυσικά όξινες συνθήκες λειτουργίας της μεμβράνης καθιστούν αυτή την επίθεση από τα ιόντα χλωρίου πιο επικίνδυνη ειδικά για τα συστήματα PEM απ’ ό,τι για άλλους σχεδιασμούς ηλεκτρόλυσης (πηγή: Σχεδιασμός διεπιφανειών επιλεκτικών ως προς τα ιόντα για ανθεκτική ηλεκτρόλυση ακάθαρτου νερού). Η μελέτη εξέτασε την ηλεκτρόλυση σε νερό με πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις ιόντων, παρόμοιες με εκείνες του θαλασσινού νερού, σε σχέση με το συνηθισμένο νερό της βρύσης. Επομένως, ο συγκεκριμένος χρόνος μέχρι την αστοχία που καταγράφηκε δεν μπορεί να εφαρμοστεί άμεσα σε μια οικιακή πλήρωση του Zenith με νερό βρύσης. Αυτό που ισχύει και στις δύο περιπτώσεις είναι ο υποκείμενος μηχανισμός: τα ιόντα ασβεστίου, μαγνησίου και χλωρίου του συνηθισμένου νερού προκαλούν ενεργά επικαθίσεις και διαβρώνουν ένα στοιχείο PEM, αντί να παραμένουν αδρανή στο εσωτερικό του· όσο περισσότερα από αυτά επεξεργάζεται το στοιχείο με την πάροδο του χρόνου, τόσο περισσότερο συσσωρεύεται η βλάβη.
Γιατί αυτό διαφέρει από τις οδηγίες νερού για ένα μπουκάλι παραγωγής υδρογονούχου νερού
Ένα μπουκάλι παραγωγής υδρογονούχου νερού χρησιμοποιεί παρόμοια αρχή ηλεκτρόλυσης, αλλά σε πολύ μικρότερη κλίμακα και για λίγα λεπτά κάθε φορά. Επομένως, οι οδηγίες για την ποιότητα του νερού σε ένα τέτοιο μπουκάλι δεν είναι αυτομάτως ίδιες με εκείνες για μια συσκευή εισπνοής που λειτουργεί συνεχώς, όπως το Zenith. Ένας ξεχωριστός οδηγός για το ποιο νερό είναι κατάλληλο για ένα μπουκάλι παραγωγής υδρογονούχου νερού εξηγεί αυτή τη διαφορά και σε ποια σημεία διαφέρει στην πράξη η ανοχή στο νερό της βρύσης ανάμεσα στους δύο τύπους συσκευών. Για το Zenith, το συμπέρασμα είναι απλό: η προδιαγραφή του αναφέρει ρητά την απαίτηση, οπότε δεν χρειάζεται να μαντεύετε με βάση το τι είναι αποδεκτό για άλλες συσκευές.
Πώς μοιάζουν τα υπολείμματα αν έχουν ήδη σχηματιστεί
Αν μια συσκευή έχει λειτουργήσει με νερό βρύσης για κάποιο διάστημα, τα άλατα που περιγράφονται παραπάνω εμφανίζονται συνήθως ως μια κιμωλώδης, υπόλευκη επίστρωση στις μεταλλικές επιφάνειες του δοχείου ή του περιβλήματος του στοιχείου που έρχονται σε επαφή με το νερό. Μοιάζουν με τα άλατα που σχηματίζονται σε έναν βραστήρα όταν χρησιμοποιείται με σκληρό νερό. Δεν ξεπλένονται με ένα γρήγορο πέρασμα, όπως η χαλαρή σκόνη, επειδή πρόκειται για μεταλλική επικάθιση που έχει προσκολληθεί στην επιφάνεια και όχι για υπολείμματα που απλώς βρίσκονται πάνω της. Αν δείτε τέτοια υπολείμματα, αυτό είναι ένδειξη ότι από εδώ και στο εξής πρέπει να χρησιμοποιείτε νερό που πληροί την καθορισμένη τιμή TDS. Για να μάθετε αν ο κατασκευαστής περιγράφει συγκεκριμένη διαδικασία καθαρισμού ή αφαλάτωσης για αυτές τις επικαθίσεις, συμβουλευτείτε το εγχειρίδιο, καθώς το θέμα αυτό δεν καλύπτεται από την ίδια την προδιαγραφή ποιότητας του νερού.
Πώς να προμηθευτείτε και να ελέγξετε νερό που πληροί την προδιαγραφή
Στην πράξη, τρεις κατηγορίες νερού μπορούν να πληρούν τον στόχο των κάτω των 3 ppm: το εμφιαλωμένο απεσταγμένο νερό, το νερό που έχει υποστεί επεξεργασία μέσω οικιακού συστήματος αντίστροφης όσμωσης και το νερό από ειδικό σύστημα απιονισμού. Το συνηθισμένο νερό βρύσης, το φιλτραρισμένο νερό βρύσης και τα περισσότερα εμφιαλωμένα νερά πηγής ή μεταλλικά νερά δεν πληρούν την προδιαγραφή, επειδή καμία από αυτές τις διαδικασίες δεν έχει σχεδιαστεί για να αφαιρεί τα διαλυμένα ιόντα σε τόσο χαμηλό επίπεδο. Αν έχετε ήδη σύστημα αντίστροφης όσμωσης ή απιονισμού, συνήθως αρκεί η ένδειξη του νερού εξόδου του συστήματος για να επιβεβαιώσετε ότι βρίσκεται κάτω από το όριο. Αν χρησιμοποιείτε εμφιαλωμένο απεσταγμένο νερό ή δεν είστε βέβαιοι για το σύστημα φιλτραρίσματός σας, ένας απλός φορητός μετρητής TDS δίνει άμεση ένδειξη μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Είναι πιο αξιόπιστος έλεγχος από την αξιολόγηση του νερού με βάση τη γεύση ή τη διαύγειά του. Αξίζει επίσης να θυμάστε ότι η προσθήκη νερού βρύσης «μόνο αυτή τη φορά» επαναφέρει ακριβώς τα ιόντα που η προδιαγραφή αποσκοπεί να κρατήσει έξω. Ένα μεμονωμένο περιστατικό δεν θα επιβαρύνει από μόνο του ένα στοιχείο, αλλά τα άλατα και η διάβρωση που περιγράφονται παραπάνω προκαλούνται από τη συσσώρευση έπειτα από επανειλημμένες προσθήκες νερού, όχι από ένα μόνο ποτήρι.
Πριν από την επόμενη αναπλήρωση, αξίζει να ελέγξετε τις προδιαγραφές ή το εγχειρίδιο της δικής σας συσκευής για την ακριβή τιμή TDS που αναφέρει, καθώς και τα άλλα μοντέλα εισπνοής και παραγωγής υδρογόνου της Hydrion έχουν τις δικές τους απαιτήσεις ποιότητας νερού στις προδιαγραφές τους, ακόμη κι αν η συγκεκριμένη τιμή δεν επαναλαμβάνεται εδώ. Αν παράλληλα με τη συσκευή χρησιμοποιείτε μπουκάλι παραγωγής υδρογονούχου νερού, η διαδικασία καθαρισμού και καθημερινής χρήσης αυτής της ξεχωριστής συσκευής περιγράφεται σε αυτόν τον οδηγό εγκατάστασης και συντήρησης, ο οποίος εξηγεί τι προβλέπει το εγχειρίδιο του μπουκαλιού.