Υπάρχει υδρογόνο στον αέρα; Φυσικά επίπεδα και εισπνοή
Ναι, υπάρχει υδρογόνο στον αέρα που αναπνέετε, αλλά μόνο σε ίχνη: το μοριακό υδρογόνο (H₂) αποτελεί περίπου 0,53 μέρη ανά εκατομμύριο της ατμόσφαιρας σε μοριακή βάση, πράγμα που σημαίνει ότι από κάθε δύο εκατομμύρια μόρια αέρα γύρω σας, μόνο ένα περίπου είναι H₂ (πηγή: Υδρογόνο - Wikipedia). Αυτό το ποσοστό παραμένει σταθερό στο περιβάλλον, αντί να μεταβάλλεται από πόλη σε πόλη ή από μέρα σε μέρα, και είναι πολύ χαμηλότερο από τη ροή αερίου που μπορεί να παράγει κατά βούληση μια μηχανή εισπνοής υδρογόνου — αυτή είναι η σύγκριση που εξετάζει το άρθρο.
- Ο αέρας του περιβάλλοντος περιέχει περίπου 0,53 ppm μοριακού υδρογόνου, μαζί με άλλα αέρια-ίχνη της ατμόσφαιρας, όπως το ήλιο, το νέον, το μεθάνιο και το κρυπτόν.
- Αυτό το ποσοστό παραμένει χαμηλό αντί να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου, επειδή η μικρή μάζα του υδρογόνου τού επιτρέπει να διαφεύγει στο διάστημα ταχύτερα από τα βαρύτερα ατμοσφαιρικά αέρια.
- Μια μηχανή εισπνοής υδρογόνου δεν συγκεντρώνει το υδρογόνο που υπάρχει ήδη στον αέρα του δωματίου· παράγει φρέσκο H₂ από νερό μέσω ηλεκτρόλυσης, γι’ αυτό και η παροχή αερίου της μετριέται ως ρυθμός ροής (ml/min) και όχι ως συγκέντρωση (ppm).
Πόσο υδρογόνο υπάρχει πραγματικά στον αέρα που αναπνέετε;
Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από άζωτο και οξυγόνο, ενώ το αργό και το διοξείδιο του άνθρακα αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος όσων απομένουν. Το υδρογόνο δεν υπάρχει σε καμία περίπτωση σε ανάλογη κλίμακα. Ανήκει στη μικρή ομάδα των αερίων-ιχνών, στην οποία περιλαμβάνονται επίσης το ήλιο, το νέον, το μεθάνιο και το κρυπτόν, καθένα από τα οποία υπάρχει σε ποσότητες τόσο μικρές που δεν εμφανίζονται σε έναν βασικό πίνακα σύστασης (πηγή: Τι υπάρχει στον αέρα; - UCAR Center for Science Education). Σε αυτή την ομάδα αερίων-ιχνών, το μετρημένο ποσοστό μοριακού υδρογόνου είναι περίπου 0,53 μέρη ανά εκατομμύριο σε μοριακή βάση — μια τιμή που προκύπτει από δεδομένα για τη σύσταση της ατμόσφαιρας και όχι από κάτι συγκεκριμένο σε μια ορισμένη τοποθεσία ή καιρικό μοτίβο (πηγή: Υδρογόνο - Wikipedia).
Τι σημαίνει πρακτικά το «μέρη ανά εκατομμύριο»
Μια συγκέντρωση εκφρασμένη σε μέρη ανά εκατομμύριο περιγράφει μια αναλογία, όχι μια ποσότητα που θα μπορούσατε να συλλέξετε. Μισό μέρος ανά εκατομμύριο σημαίνει ότι, αν μπορούσατε με κάποιον τρόπο να μετρήσετε κάθε μόριο σε ένα δείγμα δύο εκατομμυρίων, μόνο ένα περίπου θα ήταν H₂· τα υπόλοιπα 1.999.999 θα ήταν άζωτο, οξυγόνο, αργό, υδρατμοί και τα υπόλοιπα συστατικά του μείγματος. Αυτή η αναλογία εξηγεί γιατί το «υπάρχει υδρογόνο στον αέρα» είναι ταυτόχρονα τεχνικά σωστό και παραπλανητικό στην πράξη: η διατύπωση δεν ξεχωρίζει ένα αέριο που υπάρχει σε ουσιαστικές ποσότητες από ένα άλλο που δεν είναι παρά ένα σφάλμα στρογγυλοποίησης στο συνολικό μείγμα.
Γιατί αυτή η ελάχιστη ποσότητα δεν συσσωρεύεται με την πάροδο του χρόνου
Είναι εύλογο να αναρωτηθεί κανείς γιατί ένα αέριο που παράγεται διαρκώς στη Γη, μεταξύ άλλων και από βιολογικές διεργασίες, δεν συσσωρεύεται σιγά σιγά σε μεγαλύτερη ποσότητα σε βάθος γεωλογικού χρόνου. Η απάντηση βρίσκεται στη μάζα. Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο στοιχείο που υπάρχει και η μικρή του μάζα επιτρέπει στα μεμονωμένα μόρια H₂ να φτάνουν την ταχύτητα διαφυγής και να απομακρύνονται από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας προς το διάστημα πολύ ευκολότερα απ’ ό,τι τα βαρύτερα αέρια, όπως το άζωτο ή το οξυγόνο (πηγή: Υδρογόνο - Wikipedia). Δεν πρόκειται, μάλιστα, για μια αργή ή οριακή διαδικασία: η εξώσφαιρα της Γης, το εξώτατο άκρο της ατμόσφαιρας, χάνει διαρκώς υδρογόνο προς το διάστημα με ρυθμό της τάξης μερικών κιλών ανά δευτερόλεπτο, ενώ το ανώτατο στρώμα της ατμόσφαιρας αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από υδρογόνο ακριβώς επειδή αυτό είναι το αέριο που μπορεί ευκολότερα να διαφύγει προς τα έξω (πηγή: Ατμόσφαιρα της Γης - Wikipedia).
Αν εξετάσουμε τις δύο διαδικασίες παράλληλα, η ελάχιστη ποσότητα γίνεται κατανοητή: το υδρογόνο εισέρχεται στην κατώτερη ατμόσφαιρα από διάφορες πηγές περίπου με τον ίδιο ρυθμό με τον οποίο φεύγει από την ανώτερη ατμόσφαιρα προς το διάστημα. Το αποτέλεσμα είναι μια κατά προσέγγιση ισορροπία, η οποία διατηρεί χαμηλή και σταθερή τη συγκέντρωση του υδρογόνου στον αέρα του περιβάλλοντος, αντί να την αφήνει να αυξάνεται χρόνο με τον χρόνο. Αυτό εξηγεί επίσης γιατί η τιμή των 0,53 ppm αντιμετωπίζεται ως αξιόπιστη τιμή αναφοράς στη χημεία της ατμόσφαιρας και όχι ως μια στιγμιαία μέτρηση που χρειάζεται αναθεώρηση με κάθε νέα καταγραφή.
Σύγκριση της απόδοσης μιας μηχανής με τα ίχνη του περιβάλλοντος
Η ατμοσφαιρική τιμή και τα τεχνικά χαρακτηριστικά μιας μηχανής περιγράφουν δύο διαφορετικά είδη μέτρησης, και η σύγχυση μεταξύ τους είναι η αιτία πολλών παρανοήσεων. Η περιεκτικότητα του αέρα του περιβάλλοντος σε υδρογόνο είναι συγκέντρωση: ένα ποσοστό σε έναν τεράστιο, ουσιαστικά απεριόριστο όγκο. Η παροχή μιας μηχανής είναι ρυθμός ροής: μια ποσότητα αερίου που διοχετεύεται σε συγκεκριμένο, πολύ μικρότερο χώρο μέσα σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, είτε πρόκειται για ένα δωμάτιο είτε για τον σωλήνα που καταλήγει σε ρινική κάνουλα. Η Μηχανή εισπνοής υδρογόνου Hydrion Zenith, για παράδειγμα, λειτουργεί με βάση το δεύτερο είδος μέτρησης, με επτά ρυθμιζόμενα επίπεδα παροχής από 300 ml/min έως 1.800 ml/min, καθένα διαθέσιμο είτε ως καθαρό H₂ είτε ως μείγμα H₂+O₂, παραγόμενο μέσω ηλεκτρόλυσης PEM με δηλωμένη καθαρότητα υδρογόνου 99,99% (πηγή: σελίδα προϊόντος).
Δεν είναι σωστός ο άμεσος υπολογισμός μιας τιμής ppm σε σύγκριση με μια τιμή ml/min, αφού μετρούν διαφορετικά πράγματα. Ωστόσο, το σημαντικό συμπέρασμα είναι η διαφορά κλίμακας: τα ίχνη του περιβάλλοντος είναι τόσο ελάχιστα, ώστε δεν θα μπορούσε να εξαχθεί πρακτικά καμία ποσότητα υδρογόνου από τον συνηθισμένο αέρα ενός δωματίου. Γι’ αυτό ακριβώς μηχανές όπως αυτή δεν επιχειρούν να συλλέξουν ή να συγκεντρώσουν το υδρογόνο που υπάρχει ήδη στον αέρα. Αντίθετα, το παράγουν εκ νέου από νερό μέσω ηλεκτρόλυσης, και το επίπεδο παροχής που επιλέγετε δεν έχει καμία σχέση με το πόσο υδρογόνο τυχαίνει να υπάρχει ήδη στον αέρα του δωματίου.
Γιατί δεν μπορείτε απλώς να φιλτράρετε το υδρογόνο από τον αέρα του δωματίου
Ένα φίλτρο ή ένας συμπυκνωτής λειτουργεί αφαιρώντας ένα επιθυμητό αέριο από ένα μείγμα στο οποίο υπάρχει ήδη σε αξιοποιήσιμη ποσότητα, όπως ένας συμπυκνωτής οξυγόνου διαχωρίζει οξυγόνο από τον αέρα, ο οποίος ήδη περιέχει περίπου 21% οξυγόνο. Το υδρογόνο δεν προσφέρει αυτή την αρχική προϋπόθεση. Με περίπου μισό μέρος ανά εκατομμύριο, απλώς δεν υπάρχει αρκετό σε δεδομένο όγκο αέρα για να φιλτραριστεί και να συγκεντρωθεί σε κάποια ουσιαστική ποσότητα· θα έπρεπε να επεξεργαστείτε έναν απρόσφορα μεγάλο όγκο αέρα δωματίου για να ανακτήσετε έστω και μια μικρή ποσότητα. Αξίζει να σημειωθεί, αποκλειστικά ως σημείο αναφοράς για την κλίμακα και όχι ως υπολογισμός ασφάλειας, ότι το υδρογόνο στον αέρα γίνεται εύφλεκτο μόνο όταν η συγκέντρωσή του φτάσει περίπου το 4% κατ’ όγκο (πηγή: Ασφάλεια υδρογόνου - Wikipedia) — συγκέντρωση δεκάδες χιλιάδες φορές υψηλότερη από τα ίχνη που υπάρχουν στον αέρα του περιβάλλοντος, γεγονός που δείχνει πόσο απέχει ο συνηθισμένος αέρας από το να είναι «συμπυκνωμένος». Οι αναλυτικοί υπολογισμοί για τον όγκο του δωματίου και τον αερισμό, ώστε να λειτουργεί μια μηχανή με ασφάλεια, παρουσιάζονται ξεχωριστά στο πόσο υδρογόνο μπορεί να περιέχει με ασφάλεια ένα αεριζόμενο δωμάτιο, καθώς αυτός ο υπολογισμός εξαρτάται από το μέγεθος του δωματίου και τη ροή του αέρα, όχι από τα ίχνη που υπάρχουν στον αέρα του περιβάλλοντος και συζητούνται εδώ.
Τι σημαίνει αυτό αν σκέφτεστε την εισπνοή υδρογόνου
Αν συναντήσατε τον ισχυρισμό ότι «υπάρχει υδρογόνο στον αέρα» και αναρωτηθήκατε αν αυτό σημαίνει ότι μια μηχανή είναι κατά κάποιον τρόπο περιττή, ήταν εύλογο να το ρωτήσετε. Η απάντηση είναι απλώς θέμα κλίμακας: ο αέρας γύρω σας περιέχει μοριακό υδρογόνο, αλλά σε τόσο χαμηλή συγκέντρωση που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μόνος του ως πηγή. Μια συσκευή σχεδιασμένη για εισπνοή υδρογόνου ξεκινά από εντελώς διαφορετική βάση, παράγοντας ελεγχόμενη, συγκεντρωμένη ροή αερίου από νερό αντί να αξιοποιεί τα ίχνη που υπάρχουν ήδη στο δωμάτιο.
Αν η χημεία που περιγράφεται εδώ είναι καινούργια για εσάς, το άρθρο τι είναι στην πραγματικότητα το μοριακό υδρογόνο είναι ένα καλό σημείο για να συμπληρώσετε τις βασικές σας γνώσεις πριν συνεχίσετε. Για μια ευρύτερη εικόνα του πώς λειτουργεί μια συνεδρία και του τι να περιμένετε όταν ξεκινάτε, ο οδηγός για αρχάριους στην εισπνοή υδρογόνου παρουσιάζει τα βασικά. Και αν θέλετε να μάθετε τι συμβαίνει στο σώμα σε φυσιολογικό επίπεδο όταν εισπνέεται υδρογόνο — και όχι μόνο πώς παράγεται — το άρθρο τι κάνει το σώμα με το εισπνεόμενο αέριο υδρογόνο συνεχίζει ακριβώς από εκεί που σταματά αυτό το άρθρο. Για μια πλήρη αναφορά στις σχετικές μονάδες, συμπεριλαμβανομένης της διαφοράς ανάμεσα στα ml/min, LPM και PPM, το γλωσσάρι εισπνοής υδρογόνου τις εξηγεί αναλυτικά.