Vetyvettä itse: turvalliset menetelmät ja riskialttiit niksit (miksi akku-elektrolyysi on huono idea)

Jos olet nähnyt videon tai keskustelupalstan julkaisun, jossa 9 voltin paristo tai auton akku lasketaan suolaveteen täytettyyn lasiin ”kotitekoisen vetyveden” valmistamiseksi, rehellinen vastaus on, ettei tämä ole turvallinen tapa lisätä vetyä juotavaksi tarkoitettuun veteen. Sähkövirta todella hajottaa osan vesijohtovedestä vedyksi ja hapeksi, mutta tavallinen vesijohtovesi sisältää lähes aina kloridia, eikä kotitalouksien sähköjohtoja ja paristoja ole suunniteltu tähän tarkoitukseen. Kun nämä kaksi asiaa yhdistää, keittiön tasolla tehtävästä kokeesta ei tule oikotietä vetyveteen, vaan kloorikaasun ja tuulettumattoman, syttyvän kaasuseoksen lähde.

• Virran johtaminen veden läpi voi vapauttaa vetyä, mutta vesijohtovedessä jo valmiiksi oleva kloridi (samoin kuin lisätty suola) reagoi yleensä positiivisella elektrodilla ennen happea ja tuottaa sen sijaan klooria.
• Tavalliset elektrodimateriaalit, kuten teräs, alumiini tai kupari, eivät ole inerttejä metalleja, joita hallituissa elektrolyysilaitteissa käytetään. Siksi itse elektrodi voi osallistua reaktioon sen sijaan, että se pysyisi reagoimattomana.
• Avomaan ilmaan yhdessä vapautuva vety ja happi voivat muodostaa seoksen, joka pysyy syttyvänä poikkeuksellisen laajalla pitoisuusalueella. Siksi teollisuuslaitteissa kaasut pidetään erillään ja johdetaan pois.
• Magnesiumia sisältävä vetytabletti saa aikaan saman perusreaktion – metallin reagoimisen veden kanssa – hallitussa, itsestään rajoittuvassa muodossa, joka ei tarvitse sähköä, johtoja tai lisättyä suolaa.

Miksi vetyvettä yritetään valmistaa paristolla?

Ajatus on yksinkertainen: paristo, kaksi johtoa ja ennestään omistamasi lasi näyttävät ilmaiselta vaihtoehdolta vetyvesipullolle, -kannulle tai -laitteelle. Useimmissa versioissa veteen lisätään ensin hyppysellinen ruokasuolaa tai ruokasoodaa. Perusteluna on, ettei pelkkä vesijohtovesi johda sähköä riittävän hyvin ja että lisätyt ionit saavat virran kulkemaan nopeammin ja kuplat muodostumaan aiemmin. Pelkkien kustannusten näkökulmasta päättely pitää paikkansa. Siinä jää kuitenkin huomiotta, mitä lisätty suola ja paljas metalli todella tekevät vedelle kemiallisesti. Tämä artikkeli vastaa juuri siihen kysymykseen, eikä siihen, onko kokeilu halpa tai helppo koota.

Mitä tapahtuu, kun vesijohtoveden läpi johdetaan sähkövirtaa?

Veden läpi johdettu tasavirta hajottaa sitä todella: negatiivisella elektrodilla (katodilla) muodostuu vetykaasua ja positiivisella elektrodilla (anodilla) happea (lähde: Veden elektrolyysi). Tämä on todellista kemiaa, ja se on myös asianmukaisesti suunnitelluissa vetyvesipulloissa käytettävien SPE/PEM-kalvojen taustalla oleva prosessi. Hallitun pullon ja kahdella irrallisella johdolla varustetun avoimen lasin ero liittyy siihen, mitä muuta vedessä on ja mistä elektrodit on valmistettu.

Miksi suolan lisääminen pahentaa tilannetta eikä paranna sitä?

Sekä vesijohtovesi että siihen lisätty ruokasuola tuovat veteen kloridi-ioneja. Anodilla kloridi-ionit hapettuvat ennen vettä, joten siellä muodostuva kaasu on hapen sijaan klooria (lähde: Veden elektrolyysi). Kyse ei ole vähäisestä sivureaktiosta: samaa kemiaa käytetään teollisuudessa tarkoituksella kloorin valmistamiseen suolavedestä kloorialkaliprosessissa. Juuri siksi prosessi toteutetaan suljetuissa, tätä tarkoitusta varten suunnitelluissa kennoissa eikä avoimessa astiassa (lähde: Kloorialkaliprosessi). Suolan lisääminen kotikokeeseen kuplimisen nopeuttamiseksi tarkoittaa kemiallisesti sitä, että lisätään ainetta, joka edistää kloorin muodostumista puhtaiden kaasujen syntymisen sijaan.

Miksi elektrodimateriaalilla on merkitystä?

Laitteissa, joiden on tuotettava puhdasta vetyä tai happea, käytetään inerttejä elektrodimateriaaleja, kuten platinaa tai platinalla pinnoitettua/päällystettyä titaanianodia. Näitä metalleja käytetään nimenomaan siksi, etteivät ne reagoi veden tai muodostuvien kaasujen kanssa (lähde: Kloorialkaliprosessi). Teräksinen paperiliitin, alumiinifolion suikale tai auton akun navat eivät ole tällaisia materiaaleja. Kun tavallinen metalli on vedessä, jonka läpi kulkee sähkövirta, itse metalli voi osallistua reaktioon ja vapauttaa veteen metalli-ioneja sen lisäksi, että kloridi-ionit ovat jo tuottaneet klooria. Kumpaakaan ei voi nähdä tai maistaa reaktion aikana, mikä on yksi syy siihen, miksi kokeilu näyttää käynnissä ollessaan harmittomalta.

Kaksi syntyvää vaaraa: kloori ja tuulettumaton kaasuseos

Ensimmäinen vaara on kloori. Kloorikaasu on erittäin vaarallista ja myrkyllistä useimmille eliöille (lähde: Kloori), mikä on jo itsessään riittävä syy keskeyttää klooria tuottava keittiön tasolla tehtävä reaktio sen sijaan, että sen annettaisiin jatkua suljetussa huoneessa. Jos keittiön tasolla olevasta lasista tulee hento kemiallinen haju, se kertoo reaktion olevan käynnissä – kyse ei ole kosmeettisesta sivuvaikutuksesta, jonka voisi sivuuttaa.

Toinen vaara on kaasuseos itsessään. Vedyn syttymisalue ilmassa on poikkeuksellisen laaja, noin 4–75 tilavuusprosenttia. Esimerkiksi bensiininhöyry on syttyvää vain huomattavasti kapeammalla pitoisuusalueella (lähde: Vedyn turvallisuus). Teollisuuden elektrolyysilaitteet on suunniteltu pitämään vety ja happi fyysisesti erillään ja johtamaan ne pois juuri tästä syystä: vuonna 1975 sattui dokumentoitu tapaus, jossa vetyä vuoti happilinjaan elektrolyysikennon hajottua, jolloin nämä kaksi kaasua pääsivät sekoittumaan (lähde: Vedyn turvallisuus). Avoimeen lasiin upotetut kaksi johtoa päästävät molemmat kaasut nousemaan suoraan ympäröivään ilmaan, mikä on olennaisesti eri tilanne kuin suljetussa laitteessa, joka on suunniteltu saman peruskemian ympärille.

Miten vetytabletti saa aikaan saman peruskemiallisen reaktion turvallisesti?

Magnesiumia sisältävä vetytabletti perustuu samaan reaktiotyyppiin, metallin reagoimiseen veden kanssa, mutta lähestyy sitä vastakkaisesta suunnasta. Magnesium reagoi veden kanssa muodostaen magnesiumhydroksidia ja vetykaasua. Reaktio rajoittaa itse itseään, sillä muodostuva magnesiumhydroksidi kertyy metallin pinnalle ja hidastaa reaktion jatkumista (lähde: Magnesium). Koko prosessi perustuu tabletin omaan kemiaan: se käynnistyy metallin ja sen veden välisestä reaktiosta, johon tabletti pudotetaan, ja hiipuu itsestään pintakerroksen kasvaessa.

Juuri Hydrion H2 -tabletissa magnesiumiin on yhdistetty omena- ja viinihappoa, jotka säätelevät tabletin liukenemisnopeutta, kun se laitetaan vesilasiin. Tuotteen omissa ohjeissa neuvotaan pudottamaan yksi tabletti 500 ml:aan vettä lisäämättä mitään muuta. Jos haluat tarkemman erittelyn siitä, mitä tällainen tabletti sisältää ja miksi, tämä katsaus vetytablettien todelliseen sisältöön käsittelee ainesosia perusteellisemmin. Tässä selityksessä siitä, mitä ”8 PPM” oikeastaan tarkoittaa puolestaan kerrotaan, mitä etikettiin painettu luku mittaa. Jos haluat tutustua tablettien annosteluun ja päivittäiseen käyttöön kemian sijaan, erillinen tablettiopas on hyödyllisempää luettavaa. Tässä olennainen ero ei ole iskulause ”tabletti hyvä, paristo huono”, vaan se, että juomaveden kanssa käytettäväksi suunniteltu, valmistettu ja yhteen tarkoitukseen tehty tuote toimii ennakoitavasti, kun taas aivan muuhun käyttöön tarkoitetut paristo ja johdot eivät.

Nopea tapa erottaa turvallinen menetelmä riskialttiista

Nämä samat neljä kysymystä pätevät paljon laajemminkin kuin vain tähän vertailuun, ja ne kannattaa pitää mielessä aina, kun verkossa tulee vastaan uusi ”tee se itse” -menetelmä vetyveden valmistamiseen:

• Tapahtuuko reaktio suljetussa tai hallitussa tilassa vai avoimessa lasissa, jossa paljas metalli on vedessä?
• Tarvitseeko menetelmä ulkoisen virtalähteen ja johtoja vai toimiiko se veden lisäämisen jälkeen oman kemiansa avulla?
• Onko laite suunniteltu ja testattu juomaveden kanssa käytettäväksi vai onko se otettu muusta käytöstä, kuten paristo, käynnistyskaapelit tai puhelimen laturi?
• Edellyttääkö menetelmä suolan tai jonkin muun lisäaineen lisäämistä, jotta se ”toimisi nopeammin”? Se on usein merkki siitä, että menetelmä edistää ei-toivottua sivureaktiota hyödyllisen sijaan.

Käy mikä tahansa vetyveden tee se itse -idea läpi näiden neljän kysymyksen avulla ennen kokeilemista sen sijaan, että arvioisit sitä hinnan tai vakuuttavan näköisten kuplien perusteella. Tässä rinnakkaisvertailussa asianmukaisista menetelmistä – tableteista, magnesiumtikkuista, pulloista, kannuista ja laitteista – voit selvittää, mikä sopii omaan arkeesi, kun olet ensin jättänyt virtapiirin virittelemättä.

Tämä ei tarkoita, että vetyveteen itseensä pitäisi suhtautua epäillen; kyse on siitä, että paristo- ja johtomenetelmä on väärä tapa valmistaa sitä. Jos haluat tietää, onko oikein valmistetun vetyveden juominen turvallista, etkä niinkään tästä tietystä tee se itse -menetelmästä, vetyveden turvallisuusopas käsittelee asiaa erikseen. Jos olet juuri saanut tietää, miksi viritelty virtapiiri on väärä työkalu tähän tarkoitukseen, suorempi seuraava askel on tabletti, joka saa saman magnesiumin ja veden välisen reaktion aikaan suljetussa, yhteen tarkoitukseen suunnitellussa muodossa – silloin ei tarvitse miettiä johtoja tai elektrodeja lainkaan.