Možete li kod kuće proizvesti plinoviti vodik za inhalaciju? Zašto su DIY kompleti za elektrolizu loša ideja
Ako ste pogledali video o DIY „HHO” elektrolizi ili elektrolizi slane vode i zapitali se može li se ista postava sa staklenkom i žicama spojiti na nosnu kanilu za inhalaciju vodika, izravan je odgovor ne: osnovna elektrolitička ćelija ne proizvodi plinoviti tok koji je siguran ili prikladan za udisanje, a razlozi za to nemaju veze s jačinom baterije ni s brojem mjehurića koji izlaze iz elektroda. O tome može li se dobiveni plin udisati zapravo odlučuju elektrolit koji se dodaje kako bi obična voda provodila električnu struju i fizička svojstva samog vodika nakon što napusti ćeliju. Oba su čimbenika problematična za otvorenu, improviziranu postavu, a zatvoreni uređaj namjenski izrađen za tu svrhu osmišljen je upravo tako da ih izbjegne.
- Obična voda gotovo uopće ne provodi električnu struju, pa se u DIY kompletima u vodu dodaju sol ili lužina, a taj je dodatak dio plinskog toka, a ne samo pomoć pri provođenju struje.
- U ćeliji sa slanom vodom uz vodik nastaje i plinoviti klor kao predvidljiv kemijski ishod, a ne kao povremeni kvar.
- U ćeliji na bazi lužine izbjegava se klor, ali se umjesto toga rukuje jakom kaustičnom otopinom — jedna se opasnost zamjenjuje drugom.
- Sam je vodik zapaljiv pri vrlo niskoj energiji paljenja, neovisno o elektrolitu koji je upotrijebljen za njegovu proizvodnju.
- PEM uređaj (s protonskom izmjenjivačkom membranom) konstruktivno rješava te probleme tako što odvaja plinske tokove unutar zatvorene ćelije koja radi s pročišćenom vodom, a ne sa solju ili lužinom.
Na što se voda zapravo razlaže u kućnom kompletu za elektrolizu
Osnovna elektroliza koristi električnu struju za razlaganje vode na dvije elektrode: vodik se skuplja na jednoj, a kisik na drugoj. Taj je dio kemije stvaran i doista jednostavan. Problem je u tome što čista voda slabo provodi električnu struju, pa ćelija s običnom vodom sama po sebi propušta vrlo malo struje i proizvodi plin vrlo sporo. Upravo zato se u DIY i HHO videozapisima prije uključivanja napajanja u vodu dodaju kuhinjska sol ili otopina lužine (natrijev ili kalijev hidroksid): otopljeni ioni provode struju, pa se reakcija znatno ubrzava.
Ta pogodnost ima cijenu, o kojoj se u videozapisima rijetko govori. Kad se u vodi nađe elektrolit, elektrode više ne razlažu samo H2O. One reagiraju i s ionima koje je elektrolit unio u vodu, a ono što izlazi iz elektroda ovisi o odabranom elektrolitu. Prije nego što bilo što cjevčicom usmjerite prema licu, nije važno pitati „proizvodi li se tako vodik”, jer proizvodi se, nego „što se još proizvodi uz vodik”.
Zašto se u ćeliji sa slanom vodom stvara klor, a ne samo vodik
Kad je elektrolit obična kuhinjska sol (natrijev klorid), kemijska reakcija odvija se na točno određen i dobro dokumentiran način. Na anodi se kloridni ioni oksidiraju u plinoviti klor, umjesto da se sama voda oksidira u kisik, dok se na katodi i dalje stvaraju vodik i hidroksidni ioni, kao i prije (izvor: klor-alkalni proces, Wikipedia). Riječ je o istoj klor-alkalnoj reakciji koju industrijska postrojenja namjerno koriste za proizvodnju klora i natrijeva hidroksida, a koja se ovdje slučajno odvija u staklenci. Ćelija za elektrolizu slane vode stoga je reaktor koji proizvodi tri tvari: vodik, klor i otopljeni natrijev hidroksid. U zasebnom se opisu tog procesa navodi da se tradicionalnom elektrolizom slane vode kao izravan nusproizvod dobiva „toksičan i korozivan klor”, za razliku od elektrolize s čistom ili deioniziranom vodom (izvor: elektroliza vode, Wikipedia).
Klor nije neznatna nečistoća koju biste mogli olako zanemariti. Granične vrijednosti izloženosti na radnom mjestu tretiraju ga kao opasnu tvar već pri udjelima od djelića dijela na milijun: američki Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu određuje gornju granicu izloženosti tijekom 15 minuta od 0,5 ppm, OSHA-ina gornja granica iznosi 1 ppm, a 10 ppm klasificira se kao neposredno opasno po život ili zdravlje (izvor: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Staklenka sa slanom vodom koja mjehuri na naponu kuhinjskog stola ne može izmjeriti ni kontrolirati koliko će se klora pomiješati s plinom koji ispušta, a ne postoji ni filtar za kanilu koji bi tu neizvjesnost pretvorio u poznatu, sigurnu vrijednost.
Što udisanje plinovitog klora čini očima, nosu i plućima
Čak i kratka izloženost uzrokuje peckanje očiju, nosa, usta i grla te kašalj, a pri većoj izloženosti može doći do plućnog edema, nakupljanja tekućine u plućima koje predstavlja hitno medicinsko stanje (izvor: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Za sve to nije potrebno veliko istjecanje plina. Dovoljan je odabir elektrolita koji nikad nije bio namijenjen za nešto što osoba izravno udiše.
Zašto postava s lužinom uklanja opasnost od klora, ali donosi vlastite rizike
U nekim se DIY izvedbama umjesto soli koristi koncentrirana otopina kalijeva ili natrijeva hidroksida, često u rasponu od 25 do 40 posto masenog udjela (izvor: elektroliza vode, Wikipedia). Budući da struju u ovom slučaju provode hidroksidni, a ne kloridni ioni, u toj se izvedbi ne stvara plinoviti klor. Važno je to izričito reći, a ne tretirati lužinu kao tek neodređeniju inačicu istog problema: kemijska reakcija doista je drukčija.
Ono što ne nestaje jest sam elektrolit. Ovako koncentrirana otopina snažno je kaustična tvar iz iste skupine kemikalija kao i sredstva za čišćenje odvoda, koja pri dodiru oštećuje kožu, oči i sluznicu. U otvorenoj ili improviziranoj ćeliji kapljice ili maglica mogu dospjeti u plinski vod zajedno s vodikom, pretvarajući kemijsku opasnost u opasnost od udisanja i dodira upravo na mjestu gdje bi plin trebao doći do nečijeg nosa. Zamjenom soli lužinom problem toksičnog plina zamjenjuje se problemom rukovanja kaustičnom tvari; tako se ne dobiva postava iz koje je jednostavno sigurno udisati plin.
Vlastita opasnost od požara i eksplozije koju predstavlja vodik, neovisno o elektrolitu
Čak i ćelija koja bi nekako izbjegla i klor i prijenos kaustične otopine i dalje bi proizvodila sam vodik, a rukovanje vodikom donosi probleme koji nemaju veze s time koji ga je elektrolit proizveo. Raspon zapaljivosti vodika u zraku iznosi približno od 4 do 75 posto volumena, a uži raspon detonacije od oko 18,3 do 59 posto. U praksi do paljenja može doći i izvan tih nominalnih vrijednosti kad je prisutna turbulencija (izvor: sigurnost pri radu s vodikom, Wikipedia). Taj je raspon neobično širok u usporedbi s većinom zapaljivih plinova, što znači da je veća mogućnost da se slučajno stvorena smjesa nađe unutar njega.
Vodik se također lako zapali: njegova je minimalna energija paljenja oko 0,02 milidžula, što je jedna od najnižih vrijednosti među poznatim tvarima i otprilike desetina energije potrebne za paljenje smjese benzina i zraka (izvor: sigurnost pri radu s vodikom, Wikipedia). Dovoljan je statički izboj ili iskra premala da bi se primijetila. Uzmemo li u obzir i to da je vodik lakši od zraka te se nakuplja blizu stropova i ispod izbočina umjesto da se spušta i raspršuje, kao i to da je zapaljeno istjecanje plina u zatvorenoj prostoriji sklonije izazvati eksploziju nego ograničeni plamen (izvor: sigurnost pri radu s vodikom, Wikipedia), slika postaje jasna: otvorena ćelija za elektrolizu koja radi bez nadzora u spavaćoj sobi ili kupaonici proizvodi plin uz vrlo malu marginu za pogrešku, povrh svega što je pridonio sam elektrolit.
Po čemu se PEM uređaj razlikuje
Ćelija s protonskom izmjenjivačkom membranom (PEM) istodobno rješava probleme s klorom, kaustičnim tvarima i nekontroliranim miješanjem — svojim dizajnom, a ne pukom srećom. Membrana provodi protone, a istodobno fizički djeluje kao izolator i prepreka između reaktanata, pa se vodik i kisik stvaraju na njezinim odvojenim stranama umjesto da zajedno mjehuri u jednoj otvorenoj posudi (izvor: elektroliza vode, Wikipedia). Budući da je sama membrana osjetljiva na otopljene ione, PEM sustavi konstruirani su za rad s čistom, desaliniziranom vodom, a ne sa slanom vodom ili lužinom. Strani ioni oštećuju membranu umjesto da samo stvaraju nusproizvod, pa desalinizirana voda nije tek poželjna, nego praktično nužna za PEM elektrolizatore (izvor: elektroliza vode, Wikipedia).
Takav je mehanizam ugrađen u uređaje kao što je Stroj za inhalaciju vodika Hydrion Zenith. U opisu samog proizvoda navode se čistoća vodika od 99,99 posto, PEM elektroliza s protonskom membranom presvučenom platinom, zahtjev za destiliranom ili pročišćenom vodom s ukupnom količinom otopljenih tvari manjom od 3 ppm te podesivi raspon protoka od 300 do 1.800 ml/min, s mogućnošću odabira između sedam postavki protoka. To su specifikacije samog proizvođača, a ne rezultati neovisnog laboratorijskog ispitivanja, no riječ je o istoj vrsti podataka kakve navodi tehnički list bilo kojeg uređaja i oni su u izravnoj suprotnosti s otvorenom ćelijom koja proizvodi ono što slučajna, nekontrolirana reakcija u njoj stvori.
Ako želite saznati više o tome kako membranska tehnologija općenito funkcionira, u našem objašnjenju PEM elektrolize u bocama za vodikovu vodu opisan je isti princip odvajanja, ali u manjem mjerilu, a u članku o tome zašto kvaliteta membrane određuje kvalitetu izlaznog plina objašnjeno je zašto otvorena ćelija ne može postići ono za što je namijenjen zatvoreni membranski sustav.
Zašto „tehnički gledano, to je vodik” nije isto što i „prikladno za udisanje”
Plinski tok iz staklenke sa slanom vodom ili lužinom može sadržavati vodik, ali može sadržavati i tragove klora, kaustičnu maglicu ili neizmjerenu mješavinu vodika i kisika koju nitko nije provjerio prije nego što je stigla do cjevčice. To se bitno razlikuje od izlaznog plina s navedenom vrijednošću čistoće koji proizvodi oprema osmišljena tako da spriječi upravo te probleme. Pravi izbor ovdje nije između „uradi sam” i „kupovnog” kao stvar osobne sklonosti; riječ je o izboru između improviziranja s malim kemijskim pokusom u zatvorenom prostoru i korištenja opreme čije je specifikacije odredio proizvođač, koju je proizvođač ispitao i koja je osmišljena za jedini zadatak proizvodnje plina prikladnog za udisanje, poznatim protokom.
Ipak, specifikacije ne zamjenjuju zdrav razum. Kućni detektor vodika i razumna pozornost posvećena prozračivanju i dalje su pametne mjere opreza pri radu s bilo kakvom opremom za vodik, bilo da je kućne izrade ili proizvedena, upravo zato što se profil zapaljivosti samog vodika ne mijenja ovisno o tome odakle plin dolazi. Ako želite saznati kako detektori i izračuni prozračivanja zapravo funkcioniraju, umjesto da se oslanjate na općenite mjere opreza, u našem članku o načinu rada senzora detektora vodika i u našem pregledu ograničenja prozračivanja prema volumenu prostorije obrađene su pojedinosti. A ako ste već riješili pitanje sigurnosti i razmatrate koji bi namjenski uređaj odgovarao vašoj postavi, naša usporedba uređaja Zenith i Titan logičan je sljedeći tekst za čitanje. Za općeniti uvod u to što podrazumijeva inhalacija vodika, prije svega navedenog, naš vodič za početnike o terapiji inhalacijom vodika dobro je mjesto za početak.
Ovaj članak objašnjava što se zapravo dobiva kućnom elektrolizom; nije vodič za izradu bilo čega i ništa u njemu ne treba tumačiti kao upute za sastavljanje ili rad s DIY ćelijom za proizvodnju plina.