Lehet otthon hidrogéngázt előállítani inhaláláshoz? Miért rossz ötlet a barkács elektrolizáló készlet
Ha láttál már barkácsolt „HHO”- vagy sósvizes elektrolízisről szóló videót, és azon gondolkodtál, hogy ugyanaz a befőttesüvegből és vezetékekből álló összeállítás táplálhat-e egy orrkanült egy hidrogéninhalációs kezeléshez, a rövid válasz: nem. Egy egyszerű elektrolizáló cella nem állít elő belélegzésre biztonságos vagy alkalmas gázáramot, és ennek semmi köze ahhoz, milyen erős az akkumulátor, vagy mennyi buborék keletkezik az elektródákon. Azt, hogy a keletkező gáz belélegezhető-e, valójában az határozza meg, milyen elektrolitot adnak a tiszta vízhez, hogy az vezesse az áramot, valamint az, hogyan viselkedik maga a hidrogén, amikor kilép a cellából. Mindkét tényező az ilyen nyitott, rögtönzött megoldás ellen szól, míg a zárt, kifejezetten erre a célra tervezett gépeket éppen arra alakították ki, hogy ezeket a problémákat elkerüljék.
- A tiszta víz alig vezeti az áramot, ezért a barkácskészletek sót vagy lúgot adnak hozzá, és ez az adalék nemcsak az áramot segíti, hanem a gázáram részévé is válik.
- A sósvizes cella a hidrogén mellett klórgázt is termel – ez előre jelezhető kémiai eredmény, nem alkalmi meghibásodás.
- A lúgos cella elkerüli a klór képződését, de helyette erősen maró oldattal kell dolgozni, vagyis az egyik veszélyt egy másikra cseréli.
- Maga a hidrogén is nagyon kis gyújtási energiánál meggyullad, függetlenül attól, milyen elektrolittal állították elő.
- A PEM (protoncserélő membrános) gép szerkezeti kialakításával kezeli ezeket a problémákat: a gázáramokat egy zárt cellában választja szét, amely só vagy lúg helyett tisztított vízzel működik.
Mire bontja valójában a vizet egy otthoni elektrolizáló készlet?
Az egyszerű elektrolízis során elektromos árammal bontják a vizet két elektródánál: az egyiknél hidrogén, a másiknál oxigén keletkezik. Ez valódi kémia, és valóban egyszerű. A gond az, hogy a tiszta víz rosszul vezeti az áramot, ezért ha önmagában hagyjuk, egy tisztavizes cellán csak nagyon kis áram folyik át, a gáztermelés pedig csigalassúsággal halad. Pont ezért adnak a barkács- és HHO-videókban konyhasót vagy lúgoldatot (nátrium- vagy kálium-hidroxidot) a vízhez, mielőtt bekapcsolnák az áramot: az oldott ionok vezetik az áramot, és a reakció jelentősen felgyorsul.
Ennek a kényelemnek azonban ára van, amiről a videók ritkán beszélnek. Amint elektrolit kerül a vízbe, az elektródák már nem csupán a H2O-t bontják. Az elektrolit által bevitt ionokkal is reakcióba lépnek, és az elektródáknál keletkező anyagok attól függnek, melyik elektrolitot választották. Mielőtt bármit az arcod felé vezetnél, nem az a kérdés, hogy „termel-e hidrogént”, hiszen termel, hanem az, hogy „mi keletkezik még a hidrogén mellett”.
Miért termel klórt is a sósvizes cella, és nem csak hidrogént?
Ha az elektrolit közönséges konyhasó (nátrium-klorid), a kémiai folyamat egy konkrét, jól dokumentált irányba tolódik el. Az anódnál a kloridionok oxidálódnak, és klórgázzá alakulnak, ahelyett hogy maga a víz oxidálódna oxigénné; közben a katódnál továbbra is hidrogén és hidroxidionok képződnek (forrás: Klór-alkáli eljárás, Wikipédia). Ugyanezt a klór-alkáli reakciót használják az ipari üzemek szándékosan klór és nátrium-hidroxid előállítására – itt viszont véletlenül megy végbe egy befőttesüvegben. A sósvizes elektrolizáló cella tehát három terméket előállító reaktor: hidrogén, klór és oldott nátrium-hidroxid keletkezik benne. Az eljárás külön összefoglalója a hagyományos sósvizes elektrolízist úgy írja le, mint amelynek közvetlen mellékterméke a „mérgező és maró klór”, szemben a tiszta vagy ioncserélt vízzel végzett elektrolízissel (forrás: A víz elektrolízise, Wikipédia).
A klór nem olyan nyomnyi szennyeződés, amelyet ésszerűen figyelmen kívül lehetne hagyni. A munkahelyi expozíciós határértékek már a ppm töredékénél is veszélyesnek tekintik: az Egyesült Államok Nemzeti Munkahelyi Biztonsági és Egészségügyi Intézete (NIOSH) 15 perces felső határként 0,5 ppm-et állapít meg, az OSHA határértéke 1 ppm, 10 ppm pedig az életre vagy egészségre közvetlenül veszélyes szintnek minősül (forrás: NIOSH vegyi veszélyek zsebkönyve: klór). Egy konyhaasztalon, feszültséggel működtetett, buborékoló sósvizes befőttesüveg sem mérni, sem szabályozni nem tudja, mennyi klór keveredik a kibocsátott gázba, és nincs olyan kanülszűrő, amely ezt a bizonytalanságot ismert, biztonságos értékké alakítaná.
Hogyan hat a klórgáz belélegzése a szemre, az orra és a tüdőre?
Már rövid ideig tartó kitettség is égő érzést okoz a szemben, az orrban, a szájban és a torokban, valamint köhögést válthat ki; nagyobb kitettség esetén pedig tüdőödéma alakulhat ki – ez a tüdőben felgyülemlő folyadék, amely sürgősségi ellátást igényel (forrás: NIOSH vegyi veszélyek zsebkönyve: klór). Ehhez nem kell nagy szivárgás. Elég olyan elektrolitot választani, amelyet soha nem arra szántak, hogy valaki közvetlenül belélegezze.
Miért szünteti meg a lúgos megoldás a klór kockázatát, és miért jár más veszéllyel?
Egyes barkácsmegoldásokban a sót tömény kálium- vagy nátrium-hidroxid-oldatra cserélik, amelynek tömegszázalékos töménysége gyakran 25–40 százalék (forrás: A víz elektrolízise, Wikipédia). Mivel itt a kloridionok helyett a hidroxidionok vezetik az áramot, ez a változat nem termel klórgázt. Érdemes ezt pontosan megfogalmazni, és nem úgy kezelni a lúgot, mintha ugyanannak a problémának csak egy homályosabb változata lenne: a kémiai folyamat valóban más.
Az elektrolit azonban továbbra is jelen van. Ez a töménységű oldat erősen maró hatású, a lefolyótisztítókban is használt vegyi anyagokkal egy kategóriába tartozik, és érintkezéskor károsítja a bőrt, a szemet és a nyálkahártyákat. Egy nyitott vagy rögtönzött cellában cseppek vagy permet kerülhetnek át a gázvezetékbe a hidrogénnel együtt, így a kémiai veszély éppen ott válik belégzési és érintkezési veszéllyé, ahol a gáznak el kellene jutnia valaki orrához. Ha só helyett lúgot használunk, a mérgezőgáz-problémát maró anyag kezelésével járó problémára cseréljük; ettől még nem jutunk el egy olyan megoldáshoz, amelyből egyszerűen biztonságos belélegezni a gázt.
A hidrogén saját tűz- és robbanásveszélye, az elektrolittól függetlenül
Még ha egy cella valahogy elkerülné is a klór és a maró anyagok áthordásának veszélyét, maga a hidrogén akkor is keletkezne benne, és kezelése olyan problémákkal jár, amelyeknek semmi közük ahhoz, milyen elektrolittal állították elő. Levegőben az éghető koncentrációtartománya térfogatszázalékban nagyjából 4–75 százalék, míg a szűkebb detonációs tartománya körülbelül 18,3–59 százalék; a gyakorlatban pedig turbulencia esetén ezeknek a névleges értékeknek a tartományán kívül is bekövetkezhet gyulladás (forrás: Hidrogénbiztonság, Wikipédia). Ez a legtöbb éghető gázéhoz képest szokatlanul széles tartomány, ami azt jelenti, hogy nagyobb az esélye annak, hogy egy véletlenül létrejövő keverék ebbe essen.
A hidrogén ráadásul könnyen meggyullad: minimális gyújtási energiája körülbelül 0,02 millijoule, az ismert anyagok között az egyik legalacsonyabb – nagyjából tizede annak, amennyire egy benzin-levegő keveréknek szüksége van (forrás: Hidrogénbiztonság, Wikipédia). Egy elektrosztatikus kisülés vagy egy szabad szemmel alig észrevehető szikra is elég hozzá. Ha ehhez hozzávesszük, hogy a hidrogén könnyebb a levegőnél, ezért a mennyezet közelében és a kiugró felületek alatt gyűlik össze, nem pedig lefelé oszlik el, továbbá hogy egy zárt helyiségben meggyulladó szivárgás nagyobb valószínűséggel okoz robbanást, mint korlátozott lángot (forrás: Hidrogénbiztonság, Wikipédia), a kép egyértelművé válik: a felügyelet nélkül működő, nyitott elektrolizáló cella a hálószobában vagy a fürdőszobában olyan gázt termel, amelynél nagyon kicsi a hibázási tartalék – azon felül, amit maga az elektrolit okoz.
Miben más egy PEM-gép?
A protoncserélő membrános (PEM) cella kialakításánál fogva egyszerre kezeli a klór, a maró anyagok és a szabályozatlan keveredés problémáját – nem a szerencsére bízza a megoldást. A membrán vezeti a protonokat, miközben fizikailag szigetelőként és a reagensek közötti gátként működik. Így a hidrogén és az oxigén a membrán két külön oldalán képződik, ahelyett hogy együtt buborékolnának fel egyetlen nyitott tartályban (forrás: A víz elektrolízise, Wikipédia). Mivel maga a membrán érzékeny az oldott ionokra, a PEM-rendszereket tiszta, sótalanított tápvízzel való működésre tervezték, nem pedig sósvízzel vagy lúggal. Az idegen ionok károsítják a membránt ahelyett, hogy egyszerűen csak mellékterméket adnának hozzá, ezért a sótalanított víz használata a PEM-elektrolizátoroknál gyakorlati szükségszerűség, nem puszta választás kérdése (forrás: A víz elektrolízise, Wikipédia).
Ez a működési elv áll az olyan gépek mögött, mint a Hydrion Zenith hidrogén inhalációs gép. A termék saját adatlapja 99,99 százalékos hidrogéntisztaságot, platinabevonatú protonmembránnal működő PEM-elektrolízist, 3 ppm alatti összes oldottanyag-tartalmú desztillált vagy tisztított vízre vonatkozó követelményt, valamint hét áramlási fokozatban 300–1 800 ml/perc között állítható kimenetet ad meg. Ezek a gyártó saját specifikációi, nem független laboratóriumi vizsgálat eredményei, de ugyanabba az információkategóriába tartoznak, mint bármely berendezés adatlapján szereplő műszaki adatok, és éles ellentétben állnak egy nyitott cellával, amely azt termeli, amit a szabályozatlan reakció éppen eredményez.
Ha szeretnéd megismerni a membrántechnológia általános működését, a hidrogénes vizes palackok PEM-elektrolíziséről szóló magyarázó cikkünk ugyanezt az elválasztási elvet mutatja be kisebb léptékben, a membrán minőségéről és a kimenet minőségéről szóló cikkünk pedig azt fejti ki, miért nem képes egy nyitott cella arra, amire egy zárt membránrendszert terveztek.
Miért nem ugyanaz az, hogy „technikailag hidrogén”, mint az, hogy „belélegzésre alkalmas”?
Egy sós vagy lúgos vizet tartalmazó befőttesüvegből származó gázáram tartalmazhat hidrogént, de nyomnyi klórt, maró permetet vagy nem mért hidrogén- és oxigénkeveréket is vihet magával, amelyet senki sem ellenőrzött, mielőtt a gáz elért volna egy csövet. Ez alapvetően más, mint az ismert tisztaságú kimenet, amelyet olyan berendezés állít elő, amelynek kialakításával éppen ezeket a problémákat igyekeznek megelőzni. A valódi választás itt nem a „barkács” és a „boltban kapható” közötti, ízlés kérdését jelentő különbség: arról van szó, hogy beltérben rögtönzöl-e egy kis kémiai kísérletet, vagy olyan berendezést használsz, amelynek specifikációit a gyártó megadta, amelyet a gyártó tesztelt, és amelyet arra az egy feladatra terveztek, hogy ismert áramlási sebességű, belélegezhető gázt állítson elő.
Ez azonban nem jelenti azt, hogy a specifikációk kiváltják a józan észt. Bármilyen hidrogénberendezés használatakor – akár házilag készített, akár gyártott – továbbra is ésszerű óvintézkedés a hidrogénérzékelő és a megfelelő szellőzés, éppen azért, mert a hidrogén saját gyúlékonysága nem változik attól függően, honnan származik a gáz. Ha általános óvatosság helyett azt szeretnéd megérteni, hogyan működnek valójában az érzékelők és a szellőzés számításai, a hidrogénérzékelők működéséről szóló cikkünk és a helyiség térfogatára vonatkozó szellőztetési határértékekről szóló összefoglalónk részletesen tárgyalja ezeket. Ha pedig már túljutottál a biztonság kérdésén, és azt mérlegeled, melyik kifejezetten erre a célra készült gép illik a környezetedhez, a Zenith és a Titan összehasonlítása a kézenfekvő következő olvasmány. Ha pedig még azelőtt szeretnéd megismerni a hidrogéninhaláció alapjait, hogy mindezekkel foglalkoznál, kezdőknek szóló útmutatónk a hidrogéninhalációs terápiáról jó kiindulópont.
Ez a cikk azt magyarázza el, mit állít elő valójában az otthoni elektrolízis; nem útmutató semmilyen eszköz megépítéséhez, és az itt leírtakat semmiképpen sem szabad barkácsolt gázcellák összeszerelésére vagy működtetésére vonatkozó utasításként értelmezni.