Miten vetyvesipullo toimii? Katsaus yhteen käyttökertaan vaihe vaiheelta

Vetyvesipullo toimii johtamalla sähkövirran pohjassaan olevaan veteen, jolloin osa vedestä hajoaa vedyksi ja hapeksi. Laitteen sisällä oleva kalvo pitää nämä kaksi kaasua erillään niiden muodostuessa, happi poistuu laitteesta omaa reittiään ja vetykaasu liukenee veteen sen sijaan, että poistuisi kuplina. Kaikki tämä tapahtuu automaattisesti suljetun, pienen laitteen sisällä sen muutaman minuutin aikana, jonka käyttöjakso kestää painikkeen painamisen jälkeen.

Artikkelin loppuosa käy tämän tapahtumaketjun läpi vaihe vaiheelta. Konkreettisina esimerkkeinä siitä, miten osat ja ajastin käytännössä toimivat, käytetään Hydrion Coren yhtä kiinteää käyttöjaksoa ja Hydrion Pulsen kahden ohjelman rakennetta.

• Painike tai kosketusnäyttö kertoo ohjauskortille, mikä tallennettu ohjelma suoritetaan; se ei johda virtaa suoraan elektrodeihin.
• Vesisäiliössä tasavirta hajottaa vesimolekyylejä elektrodiparissa.
• Protoninvaihtokalvo päästää varautuneet vetyionit lävitseen ja pitää samalla vety- ja happikaasumolekyylit kalvon eri puolilla.
• Erotettu sivutuotekaasu johdetaan ulos laitteesta sen sijaan, että se jäisi säiliöön.
• Käyttöjakson aikana muodostuva vetykaasu liukenee ympäröivään veteen. Mitä pidempään käyttöjakso kestää, sitä enemmän vetyä ehtii liueta.

Mitä tapahtuu painikkeen painamisen ja veden juomisen välillä?

Ulkoapäin vetyvesipullo näyttää yhdeltä suljetulta laitteelta, jossa on painike ja vesisäiliö. Sen sisällä tapahtuu viisi erillistä vaihetta tietyssä järjestyksessä: ohjauskortti käynnistää prosessin, vesi hajotetaan elektrodeilla, kalvo erottaa syntyvät kaasut toisistaan, sivutuotekaasu johdetaan ulos ja vety liukenee säiliöön täyttämääsi veteen. Et voi nähdä näiden vaiheiden tapahtuvan, eikä sinun tarvitse tehdä mitään painikkeen painamisen jälkeen. Kun käyttöjakso alkaa, se toimii itsenäisesti kyseiselle ohjelmalle määritellyn ajan. Alla kerrotaan, mitä kussakin vaiheessa tapahtuu.

Vaihe 1: ohjauskortti tunnistaa painikkeen painalluksen

Prosessi alkaa pullon pohjassa olevasta kosketusherkästä painikkeesta tai pienestä näytöstä. Painikkeen painaminen ei johda virtaa suoraan elektrodeihin, vaan kertoo ohjauskortille, mikä ennalta asetettu ohjelma suoritetaan ja kuinka kauan käyttöjakson tulee kestää. Tämä ero on tärkeä, sillä se selittää, miksi joissakin pulloissa yhdellä painikkeella voi valita useamman vaihtoehdon. Hydrion Pulse Vetyvesipullo toimii juuri näin: yksi painallus käynnistää viiden minuutin ohjelman, ja kaksi nopeasti peräkkäin tehtyä painallusta käynnistää sen sijaan kymmenen minuutin ohjelman. Painikkeella valitaan kahdesta tallennetusta asetuksesta, jotka ohjauskortti osaa jo suorittaa; elektrodien toimintaa ei säädetä lennossa.

Vaihe 2: elektrolyysikennossa vesi hajoaa

Kun ohjauskortti käynnistää ohjelman, se johtaa tasavirran vesisäiliössä olevaan elektrodipariin. Toisella elektrodilla vesimolekyylit luovuttavat elektroneja ja muodostavat happea. Toisella elektrodilla nämä elektronit yhdistyvät vedessä jo oleviin vetyioneihin ja muodostavat vetykaasua. Kyseessä on tavallinen veden elektrolyysi, sama reaktio, jota käytetään polttokennoissa ja vedyn teollisessa tuotannossa. Se tarvitsee toimiakseen vain sähköä ja vettä.

Koska elektrodit ovat vedessä ja niissä kulkee virta toistuvien käyttöjaksojen aikana, ne tarvitsevat korroosiota kestävän pinnoitteen. Mallista riippuen pinnoite on platinaa, platina-iridiumseosta tai platinalla pinnoitettua titaania. Esimerkiksi Hydrion Core Vetyvesipullo -mallin ilmoitetuissa teknisissä tiedoissa mainitaan platina-iridiumelektrodit, 300 ml:n säiliö ja akku, jonka latauksella voi tehdä noin 15–20 käyttöjaksoa. Pinnoitteen ansiosta elektrodipari kestää elektrolyysivaiheen käyttöjakso toisensa jälkeen.

Vaihe 3: kalvo pitää kaasut erillään

Jos elektrolyysi tapahtuisi avoimessa vedessä ilman mitään muuta säiliössä, kahdella elektrodilla muodostuva vety ja happi sekoittuisivat samaan tilaan. Kalvo estää tämän. Elektrodien välissä oleva protoninvaihtokalvo johtaa varautuneet vetyionit sen läpi mutta estää fyysisesti kaasumolekyylejä kulkemasta lävitseen. Näin vety muodostuu kalvon toisella puolella ja happi toisella, ja kalvo pitää ne erillään etäisyyden tai ajoituksen sijaan.

Siksi lopputuloksesta puhutaan veteen liuenneena vetykaasuna eikä veden läpi kuplivana kaasuna: kalvon nimenomainen tehtävä on estää kaasuja yhdistymästä uudelleen tai sekoittumasta takaisin samaan veteen. Tavallinen elektrodipari ei pysty tähän yksin ilman kalvoa.

Vaihe 4: minne happi menee?

Happea muodostavalla elektrodilla syntyvän kaasun täytyy päästä jonnekin, kun se on erotettu vedystä. Sen sijaan, että kaasu jäisi säiliöön ja mahdollisesti liukenisi uudelleen veteen, se johdetaan ulos laitteesta pohjaan tai kanteen rakennetun oman poistoreitin kautta. Hydrionin tuotesivuilla tätä poistettavaa kaasua kuvataan hapeksi, ja Core-mallin tuotekuvauksessa mainitaan myös pieniä määriä otsonia osana tätä sivutuotevirtaa. Kyseessä on valmistajan kuvaus laitteen sisäisestä kaasunohjauksesta, jota lukija ei voi varmistaa pulloa ulkopuolelta katsomalla. Siksi sitä kannattaa pitää ilmoitettuna rakenteen toimintatapana eikä riippumattomasti mitattuna tuloksena.

Vaihe 5: vedyn liuottaminen juotavaan veteen

Kun sivutuotekaasua johdetaan ulos, toisen elektrodin muodostama vetykaasu liukenee säiliössä olevaan veteen. Mitä pidempään käyttöjakso kestää, sitä kauemmin vety ehtii liueta. Siksi valmistajat ilmoittavat pidemmille ohjelmille enemmän osia miljardista (PPB) kuin lyhyemmille. Nämä luvut ovat valmistajan omissa testiolosuhteissaan ilmoittamia tuloksia, eivät tämän artikkelin itsenäisesti mittaamia arvoja. Siksi ilmoitettua PPB-lukua kannattaa pitää valmistajan kyseiselle käyttöjakson pituudelle ilmoittamana arvona, ei jokaisen vesilasillisen takuuna.

Liuenneen vedyn pitoisuus ei pysy samana loputtomiin käyttöjakson päätyttyä. Siksi veden juominen pian käyttöjakson päättymisen jälkeen kuuluu samaan toimintaperiaatteeseen eikä ole mielivaltainen ohje. Tässä artikkelissa kerrotaan, kuinka kauan vety säilyy vedessä ja mitä pitoisuudelle tapahtuu pullon käyttöjakson jälkeen, joten sitä ei käsitellä tässä uudelleen.

Mitä ajastimella ja painallusten määrällä oikeastaan säädetään?

Kun viisi vaihetta asettaa kokonaisuudeksi, ajastin ei enää vaikuta sattumanvaraiselta asetukselta. Hydrion Core Vetyvesipullo suorittaa aina painiketta painettaessa yhden kiinteän, alle viiden minuutin ohjelman, jossa vesi käy läpi hajotus-, kalvoerotus-, kaasunpoisto- ja kyllästysvaiheet. Hydrion Pulse Vetyvesipullo tarjoaa kaksi tallennettua ohjelmaa: yksi painallus käynnistää viiden minuutin käyttöjakson, jonka valmistaja ilmoittaa tuottavan noin 4 000 PPB, ja kaksi painallusta käynnistää kymmenen minuutin käyttöjakson, jonka ilmoitettu pitoisuus on enintään 8 000 PPB. Molemmissa pulloissa painikkeella valitaan ohjauskortille jo tallennettu ohjelma; käyttäjä ei säädä suoraan jännitettä tai virtaa eikä kalvon toimintaa.

Tässä on syytä erottaa toisistaan kaksi asiaa. Pidempi käyttöjakso ei ole automaattisesti ”parempi” kaikissa käyttötarkoituksissa. Se on sama prosessi pidempään, ja sopiva pituus riippuu siitä, miten lukija haluaa vettä käyttää, ei pelkästään PPB-luvusta. Siksi tässä artikkelissa Hydrion Coren ja Hydrion Pulsen ilmoitettuja lukuja käsitellään valmistajien omista ohjelmistaan ilmoittamina tuloksina eikä tuotteiden välisenä paremmuusjärjestyksenä. Lukijoille, jotka haluavat ymmärtää käytettyjä yksiköitä tai verrata tätä kalvoon perustuvaa rakennetta muihin elektrolyysitapoihin, nämä kysymykset käsitellään muualla: mitä PPB ja PPM oikeastaan mittaavat on oma aiheensa, ja SPE/PEM-elektrolyysin vertailu yksikammioisiin rakenteisiin perehtyy tarkemmin itse kalvotekniikkaan.

Laitteen osat, jotka näet

Kun käyttöjakson vaiheet ovat selvillä, pullon fyysiset osat on helppo yhdistää niihin. Vesi on säiliössä koko käyttöjakson ajan käynnistyksestä kyllästykseen. Pohjassa ovat ohjauskortti ja elektrolyysikenno, johon kuuluvat elektrodipari ja niiden välinen kalvo. Sivutuotekaasun poistoreitti on rakennettu pohjaan tai kannen saumaan, eikä se ole erillinen kiinnitettävä lisäosa. Mitään näistä osista ei tarvitse avata tai tarkastaa: kaikki viisi vaihetta tapahtuvat suljetun pohjan sisällä aina käyttöjakson aikana.

Päivittäiset käyttötavat, kuten täytettävän veden määrä, käyttöjaksojen tiheys sekä pullon puhdistaminen ja lataaminen, eivät kuulu tämän artikkelin aiheeseen. Vetyvesipullon käyttöönotto- ja käyttöoppaassa käydään nämä rutiinit yksityiskohtaisesti läpi. Jos lukija vertaa pullomallia erilliseen vetyvesilaitteeseen tai inhalaattoriin, niiden rakenteelliset erot selitetään tässä vetyveden generaattoreiden toimintaa käsittelevässä artikkelissa.

Kun viisi vaihetta hahmottuvat peräkkäisenä tapahtumaketjuna eivätkä mustana laatikkona, hyödyllisintä on selvittää, mitä ohjelmaa oma pullo todella tarjoaa: yhtä kiinteää käyttöjaksoa, kuten Hydrion Core Vetyvesipullo, vai kahdesta ohjelmasta painallusten määrällä valittavaa vaihtoehtoa, kuten Hydrion Pulse Vetyvesipullo. Kun tiedät, kumpi pullo sinulla on, tiedät myös, mitä painikkeen painaminen käytännössä käynnistää.