Miksi vetyhengityslaitteet tarvitsevat tislattua tai puhdasta vettä (TDS-rajat selitettynä)
Jos Hydrion Zenith -laitteesi teknisissä tiedoissa lukee ”Puhdas vesi / tislattu vesi (TDS < 3 ppm)”, tuo lukema on tärkeä. Se määrittää rajan veden välille, jolla laitteen elektrolyysikenno voi toimia vuosia, ja veden, joka alkaa vähitellen liata kennoa sisältäpäin. Syynä on se, mitä laitteen sisällä oleva protoninvaihtokalvo (PEM) tekee vetykaasun tuottamiseksi ja mitä tavalliseen hanaveteen liuenneet mineraalit tekevät joutuessaan mukaan tähän prosessiin.
- Teknisissä tiedoissa ilmoitetaan lukema, ei vesimerkkiä. Tislattu, deionisoitu ja käänteisosmoosilla puhdistettu vesi voivat kaikki täyttää vaatimuksen, kunhan liuenneiden aineiden kokonaismäärä pysyy valmistajan ilmoittaman raja-arvon alapuolella.
- Kalvo tarvitsee toimiakseen tehokkaasti vettä, jossa on vähän ioneja. Hanaveteen liuenneet mineraalit eivät läpäise kalvoa samalla tavalla kuin vetyionit, vaan kerrostuvat kennon sisään.
- Kertymä kasvaa ajan mittaan. Yksi lasillinen hanavettä ei pilaa laitetta, mutta toistuvien täyttöjen vaikutus kertyy samaan tapaan kuin kalkki kertyy vedenkeittimeen.
- Yksinkertainen TDS-mittari ratkaisee asian sellaisen vesilähteen kohdalla, josta et ole varma, joten vettä ei tarvitse arvioida maun tai kirkkauden perusteella.
Mitä teknisissä tiedoissa tarkoitetaan ilmauksella ”puhdas vesi / tislattu vesi (TDS < 3 ppm)”?
Zenithin omissa teknisissä tiedoissa vaatimus ilmoitetaan selkeästi: ”Vettä koskeva vaatimus: puhdas vesi / tislattu vesi (TDS < 3 ppm)”. Tuotesivun toisessa kohdassa sama vaatimus toistetaan muodossa ”Tislattu tai puhdistettu vesi (TDS alle 3 ppm). Näin kalvo pysyy puhtaana ja vedyn puhtausasteena on 99,99 %” (lähde: Hydrion Zenithin tuotesivu). TDS tulee sanoista total dissolved solids eli liuenneiden aineiden kokonaismäärä. Se mitataan miljoonasosina, ja se kertoo likimäärin, kuinka paljon mineraali-ioneja vesinäytteessä on. Supermarketista ostettu tislattu vesi, kotitalouden käänteisosmoosijärjestelmän läpi suodatettu vesi ja deionisointipatruunalla käsitelty vesi voivat kaikki alittaa 3 ppm:n rajan. Siksi teknisissä tiedoissa mainitaan ”puhdas vesi / tislattu vesi” yhden tietyn menetelmän sijaan. Käytännössä vaatimus sulkee pois hanaveden, useimmat pullotetut lähde- ja kivennäisvedet sekä veden, joka on suodatettu pelkällä aktiivihiilisuodattimella, koska mikään näistä menetelmistä ei ole suunniteltu poistamaan liuenneita ioneja. Jos haluat tietää, miten TDS-mittarin lukema toimii ja mitä kotitalousveden kohdalla yleensä pidetään hyvänä lukemana, aihetta käsitellään erillisessä veden TDS-arvoa käsittelevässä oppaassa. Tässä artikkelissa keskitytään siihen, miksi Zenithin raja on juuri tämä.
Miksi PEM-elektrolyysi tarvitsee erityisesti vettä, jossa on vähän ioneja?
Zenithissä vetykaasua tuotetaan protoninvaihtokalvoon perustuvalla elektrolyysillä (PEM): kahden elektrodin välissä on ohut kalvo, ja sähkövirta hajottaa vesimolekyylit niin, että vetyionit kulkevat kalvon läpi puolelta toiselle ja yhdistyvät siellä uudelleen vetykaasuksi. Kalvo on suunniteltu läpäisemään nimenomaan vetyioneja, ei muita veteen liuenneita aineita. Kun vedessä on mineraali-ioneja ja muita epäpuhtauksia, kuten tavallisessa hanavedessä, ne eivät läpäise kalvoa vetyionien tavoin. Sen sijaan ne kerrostuvat itse kennoon. Elektrolyysilaitteita koskevissa ohjeissa tällaisten kerrostumien kuvataan aiheuttavan peruuttamatonta vahinkoa: ne pienentävät kalvon käyttökelpoista pinta-alaa, jolloin sama sähköteho tuottaa vähemmän vetyä suuremmalla vaivalla (lähde: Miksi deionisoitu vesi on tärkeää vetygeneraattoreissa). Kun kennon tehokkuus heikkenee tällä tavalla, se kuluttaa enemmän sähköä ja käy kuumempana yrittäessään pysyä mukana. Siksi PEM-pohjaisten vetyjärjestelmien valmistajat pitävät vääränlaatuisella vedellä käyttämistä yleensä takuun piiriin kuulumattomana käyttönä, eivät vain vähäisenä huollon laiminlyöntinä. Jos haluat laajemman katsauksen siihen, miten SPE/PEM-kalvot toimivat Hydrionin vetyvesituotteissa, tässä toimintaperiaatetta käsittelevässä artikkelissa elektrolyysiprosessia selitetään tätä artikkelia tarkemmin.
Mitä hanaveden mineraalit todella tekevät laitteen sisällä?
Ilmiö konkretisoituu, kun tarkastellaan, mitä hanaveden kalsium- ja magnesiumionit tekevät elektrolyysin alettua. Kun kennossa kulkee sähkövirta, nämä ionit saostuvat katodille hydroksideina ja muodostavat elektrodin pinnalle kalkkikerroksen. Elektrolysoitua vettä käsittelevässä patentissa tämä kuvataan suoraan: hanaveden kalsium ja magnesium ”saostuvat katodilevyn pinnalle, muodostavat kalkkia ja heikentävät elektrolyysin tehokkuutta” (lähde: Yhdysvaltain patentti 6 251 259 B1). Vastakkaisella elektrodilla useimmissa hanavesissä esiintyvät kloridi-ionit voivat käynnistää erillisen korroosioreaktion. PEM-elektrolyysiä ionien saastuttamalla vedellä tutkineessa tutkimuksessa havaittiin, että kalvon luonnostaan happamat käyttöolosuhteet tekevät kloridin aiheuttamasta elektrodin syöpymisestä erityisesti PEM-järjestelmille suuremman riskin kuin muissa elektrolyysiratkaisuissa (lähde: Ioniselektiivisen rajapinnan suunnittelu epäpuhtaan veden kestävää elektrolyysiä varten). Tutkimuksessa elektrolyysiä testattiin vedellä, jonka ionipitoisuus oli paljon tavallista hanavettä suurempi ja meriveden kaltainen. Siksi tutkimuksessa havaittua tarkkaa rikkoutumisaikaa ei voi suoraan soveltaa siihen, mitä tapahtuu, jos Zenith täytetään kotona hanavedellä. Sovellettavissa on kuitenkin taustalla oleva mekanismi: tavallisen veden kalsium-, magnesium- ja kloridi-ionit likaavat ja syövyttävät PEM-kennoa sen sijaan, että ne pysyisivät sen sisällä reagoimattomina, ja mitä enemmän kenno käsittelee niitä ajan mittaan, sitä enemmän vaurioita kertyy.
Miten tämä eroaa vetyvesipullon vesisuosituksista?
Vetyvesipullossa käytetään samankaltaista elektrolyysiperiaatetta paljon pienemmässä mittakaavassa ja vain muutaman minuutin ajan kerrallaan. Siksi pullon vedenlaatua koskevat ohjeet eivät automaattisesti päde jatkuvasti käytettävään hengityslaitteeseen, kuten Zenithiin. Erillisessä oppaassa kerrotaan, mikä vesi sopii vetyvesipulloon sekä siitä, miten hanaveden soveltuvuus näissä kahdessa laitetyypissä eroaa. Zenithin kohdalla asia on lyhyesti sanottuna näin: teknisissä tiedoissa vaatimus ilmoitetaan suoraan, joten sitä ei tarvitse päätellä siitä, mikä on hyväksyttävää muissa laitteissa.
Miltä jäämä näyttää, jos sitä on jo ehtinyt muodostua?
Jos laitetta on käytetty hanavedellä jonkin aikaa, edellä kuvatut mineraalisaostumat näkyvät yleensä kalkkimaisena, vaaleana kerroksena säiliön tai kennokotelon sisällä olevilla veden kastelemilla metallipinnoilla. Ulkonäöltään se muistuttaa kalkkia, jota muodostuu kovaa vettä käyttävään vedenkeittimeen. Se ei huuhtoudu pois nopealla pyyhkäisyllä irtopölyn tavoin, sillä kyseessä on pintaan kiinnittynyt mineraalisaostuma, ei pinnalla olevaa irtonaista likaa. Jäämän näkeminen on merkki siitä, että jatkossa on siirryttävä käyttämään vettä, joka täyttää ilmoitetun TDS-raja-arvon. Käyttöohjeesta kannattaa tarkistaa, kuvaileeko valmistaja kertymälle tiettyä puhdistus- tai kalkinpoistovaihetta, sillä vesilaatuvaatimus ei itsessään kata sitä.
Mistä saa vaatimukset täyttävää vettä ja miten sen voi tarkistaa?
Käytännössä kolme vesityyppiä voi täyttää alle 3 ppm:n tavoitteen: kaupasta ostettu tislattu vesi, kotitalouden käänteisosmoosijärjestelmällä käsitelty vesi ja erillisellä deionisointijärjestelmällä käsitelty vesi. Tavallinen hanavesi, suodatettu hanavesi ja useimmat pullotetut lähde- ja kivennäisvedet eivät täytä vaatimusta, sillä mitään näistä käsittelytavoista ei ole suunniteltu poistamaan liuenneita ioneja näin matalaan tasoon. Jos sinulla on jo käänteisosmoosi- tai deionisointijärjestelmä, sen veden ulostulon lukema riittää yleensä vahvistamaan, että vesi alittaa raja-arvon. Jos käytät kaupasta ostettua tislattua vettä tai et ole varma suodatusjärjestelmästäsi, yksinkertaisella kädessä pidettävällä TDS-mittarilla saat suoran lukeman muutamassa sekunnissa. Se on luotettavampi tarkistus kuin veden arvioiminen maun tai kirkkauden perusteella. Kannattaa myös muistaa, että säiliön täydentäminen hanavedellä ”vain tällä yhdellä kertaa” tuo takaisin juuri ne ionit, jotka vaatimuksella pyritään pitämään poissa. Yksi kerta ei yksinään likaa kennoa, mutta kalkkikertymä ja korroosio syntyvät edellä kuvatulla tavalla toistuvien täyttöjen yhteisvaikutuksesta, eivät yhdestä vesilasillisesta.
Ennen seuraavaa täyttöä kannattaa tarkistaa oman laitteen teknisistä tiedoista tai käyttöohjeesta täsmällinen TDS-arvo, sillä myös Hydrionin muille vedyn hengityslaitteille ja vetygeneraattoreille on määritelty omat vedenlaatua koskevat vaatimuksensa, vaikka niiden lukemia ei tässä toisteta. Jos otat laitteen rinnalle käyttöön vetyvesipullon, erillisen laitteen puhdistus- ja päivittäisen käytön rutiinia käsitellään tässä käyttöönotto- ja huolto-oppaassa, jossa käydään läpi pullon omassa käyttöohjeessa annetut ohjeet.