Ima li vodika u zraku? Prirodne razine i izlaz inhalatora

Da, vodik je prisutan u zraku koji udišete, ali samo u tragovima: molekularni vodik (H₂) čini približno 0,53 dijela na milijun atmosfere na molarnoj osnovi, što znači da je od svakih dva milijuna molekula zraka oko vas samo otprilike jedna molekula H₂ (izvor: Hydrogen - Wikipedia). Taj udio predstavlja stabilnu pozadinsku vrijednost, a ne nešto što se mijenja od grada do grada ili iz dana u dan, i daleko je manji od protoka plina koji stroj za inhalaciju vodika može proizvesti na zahtjev — upravo je ta usporedba tema ovog članka.

• U okolnom zraku ima oko 0,53 ppm molekularnog vodika, koji se ubraja među ostale plinove u tragovima u atmosferi, poput helija, neona, metana i kriptona.
• Taj udio ostaje nizak i ne raste s vremenom jer mala masa vodika omogućuje da u svemir odlazi brže od težih atmosferskih plinova.
• Stroj za inhalaciju vodika ne koncentrira vodik koji je već prisutan u zraku prostorije; elektrolizom proizvodi svježi H₂ iz vode, zbog čega se njegov izlaz mjeri kao protok (ml/min), a ne kao koncentracija (ppm).

Koliko vodika zapravo ima u zraku koji udišete

Zemljinu atmosferu najvećim dijelom čine dušik i kisik, a većinu preostalog udjela čine argon i ugljikov dioksid. Vodik nije ni približno zastupljen u tolikoj mjeri. Pripada maloj skupini plinova u tragovima, u kojoj su i helij, neon, metan i kripton, a svaki je prisutan u količinama premalima da bi se prikazale na osnovnom grafikonu sastava zraka (izvor: What's in the Air? - UCAR Center for Science Education). Udio molekularnog vodika unutar te skupine plinova u tragovima, izmjeren na molarnoj osnovi, iznosi oko 0,53 dijela na milijun. Ta se vrijednost temelji na podacima o sastavu atmosfere, a ne na nečemu specifičnom za određenu lokaciju ili vremenske prilike (izvor: Hydrogen - Wikipedia).

Što „dijelovi na milijun” znači u praksi

Koncentracija izražena u dijelovima na milijun opisuje omjer, a ne količinu koju biste mogli prikupiti. Pola dijela na milijun znači da bi, kad biste nekako mogli prebrojiti svaku molekulu u uzorku od dva milijuna molekula, samo jedna od njih bila H₂; preostalih 1.999.999 bile bi molekule dušika, kisika, argona, vodene pare i drugih sastojaka smjese. Upravo zato tvrdnja „u zraku ima vodika” istodobno je tehnički točna i praktično obmanjujuća: ne pravi razliku između plina prisutnog u značajnoj količini i plina koji u ukupnoj smjesi predstavlja tek zanemarivu razliku.

Zašto se ta količina u tragovima ne nakuplja s vremenom

Razumno je zapitati se zašto se plin koji se neprestano proizvodi na Zemlji, uključujući biološke procese, tijekom geoloških razdoblja ne nakuplja postupno u većoj količini. Odgovor se svodi na masu. Vodik je najlakši element, a njegova mala masa omogućuje pojedinačnim molekulama H₂ da dosegnu brzinu oslobađanja i odlete iz gornjih slojeva atmosfere u svemir mnogo lakše nego što bi to ikad mogli teži plinovi poput dušika ili kisika (izvor: Hydrogen - Wikipedia). Pritom se ne radi o sporom, zanemarivom procesu: Zemljina egzosfera, krajnji vanjski rub atmosfere, neprestano gubi vodik u svemir brzinom od nekoliko kilograma u sekundi, a najviši sloj atmosfere gotovo se u cijelosti sastoji od vodika upravo zato što se taj plin najlakše uspijeva uzdići i pobjeći u svemir (izvor: Atmosphere of Earth - Wikipedia).

Kad ta dva procesa stavimo jedan uz drugi, količina vodika u tragovima ima smisla: vodik iz različitih izvora ulazi u donje slojeve atmosfere približno jednakom brzinom kojom iz njezinih gornjih slojeva odlazi u svemir. Tako nastaje približna ravnoteža zbog koje koncentracija u okolnom zraku ostaje niska i stabilna, umjesto da raste iz godine u godinu. To ujedno objašnjava zašto se vrijednost od 0,53 ppm u atmosferskoj kemiji smatra pouzdanom referentnom vrijednošću, a ne trenutnim podatkom koji treba ažurirati nakon svakog novog mjerenja.

Usporedba izlaza stroja s količinom u okolnom zraku

Vrijednost za atmosferu i tehničke specifikacije stroja opisuju dvije različite vrste mjera, a njihovo miješanje izvor je mnogih nesporazuma. Udio vodika u okolnom zraku jest koncentracija: udio u golemom, praktički neograničenom volumenu. Izlaz stroja jest protok: količina plina koja se tijekom određene jedinice vremena isporučuje u mnogo manji, određeni prostor, bilo da je riječ o prostoriji ili cjevčici koja vodi do nosne kanile. Stroj za inhalaciju vodika Hydrion Zenith, primjerice, radi s tom drugom vrstom mjere: ima sedam podesivih razina izlaza, od 300 ml/min do 1.800 ml/min, a svaka je dostupna kao čisti H₂ ili kao mješavina H₂+O₂; obje se opcije proizvode PEM elektrolizom uz deklariranu čistoću vodika od 99,99 % (izvor: stranica proizvoda).

Izravna usporedba vrijednosti u ppm i ml/min nije precizan izračun jer se njima mjere različite stvari, no i dalje je korisno uočiti razliku u razmjeru: vodika u okolnom zraku ima toliko malo da se iz običnog zraka u prostoriji ne bi mogla izdvojiti praktično upotrebljiva količina. Upravo zato strojevi poput ovog uopće ne pokušavaju izdvojiti ili koncentrirati vodik koji već postoji u zraku. Umjesto toga, proizvode ga iz vode elektrolizom, a odabrana razina izlaza nema nikakve veze s količinom vodika koja već lebdi u prostoriji.

Zašto vodik ne možete jednostavno filtrirati iz zraka u prostoriji

Filtar ili koncentrator izdvaja željeni plin iz smjese u kojoj je već prisutan u upotrebljivoj količini, kao što koncentrator kisika izdvaja kisik iz zraka koji već sadrži oko 21 % kisika. Kod vodika takva polazna osnova ne postoji. Kad ga ima oko pola dijela na milijun, u određenom volumenu zraka jednostavno ga nema dovoljno da bi se filtriranjem dobila ikakva značajna količina; za izdvajanje čak i male količine trebalo bi obraditi nepraktično velik volumen zraka u prostoriji. Vrijedi napomenuti, samo kao referencu za usporedbu razmjera, a ne kao izračun sigurnosti, da vodik u zraku postaje zapaljiv tek kad njegova koncentracija dosegne oko 4 % po volumenu (izvor: Hydrogen safety - Wikipedia) — koncentraciju desecima tisuća puta veću od koncentracije vodika u tragovima u okolnom zraku. To pokazuje koliko je običan zrak daleko od toga da bude „koncentriran”. Cjelovit izračun volumena prostorije i ventilacije za siguran rad stroja obrađen je zasebno u članku koliko vodika ventilirana prostorija može sigurno sadržavati, jer taj izračun ovisi o veličini prostorije i protoku zraka, a ne o količini u tragovima u okolnom zraku o kojoj je ovdje riječ.

Što to znači ako razmišljate o inhalaciji vodika

Ako ste naišli na tvrdnju da „u zraku ima vodika” i zapitali se znači li to da vam stroj možda nije potreban, bilo je sasvim opravdano postaviti to pitanje. Odgovor je jednostavno pitanje razmjera: zrak oko vas sadrži molekularni vodik, ali u koncentraciji premaloj da bi se mogao upotrebljavati kao samostalan izvor. Uređaj namijenjen inhalaciji vodika polazi od potpuno drukčije osnove: iz vode proizvodi kontrolirani, koncentrirani protok plina umjesto da koristi ono malo vodika koji već postoji u prostoriji.

Ako vam je kemija o kojoj se ovdje govori nova, članak što je zapravo molekularni vodik dobro je mjesto za upoznavanje s osnovama prije nego što nastavite. Za širi pregled toga kako izgleda sesija i što očekivati na početku, vodič za početnike o inhalaciji vodika objašnjava osnove. A ako vas zanima što se fiziološki događa nakon udisanja vodika, a ne samo kako se on proizvodi, članak što tijelo radi s udahnutim plinovitim vodikom nastavlja upravo ondje gdje ovaj članak završava. Za cjelovit pregled pripadajućih mjernih jedinica, uključujući razliku između ml/min, LPM i PPM, detaljno objašnjava svaku od njih pojmovnik o inhalaciji vodika.