C’è idrogeno nell’aria? Livelli naturali e inalatori

Sì, l’idrogeno è presente nell’aria che respiri, ma solo in tracce: l’idrogeno molecolare (H₂) costituisce circa 0,53 parti per milione dell’atmosfera su base molare; ciò significa che, ogni due milioni di molecole d’aria intorno a te, solo una circa è H₂ (fonte: Idrogeno - Wikipedia). Questa concentrazione è un valore di fondo stabile, non qualcosa che varia da una città all’altra o da un giorno all’altro, ed è molto inferiore al flusso di gas che una macchina per inalazione di idrogeno può generare su richiesta: è proprio questo il confronto che approfondiamo nell’articolo.

• L’aria ambiente contiene circa 0,53 ppm di idrogeno molecolare, insieme agli altri gas in tracce presenti nell’atmosfera, come elio, neon, metano e kripton.
• Questa concentrazione rimane bassa, invece di aumentare nel tempo, perché la massa ridotta dell’idrogeno gli permette di disperdersi nello spazio più rapidamente dei gas atmosferici più pesanti.
• Una macchina per inalazione di idrogeno non concentra l’idrogeno già presente nell’aria della stanza: genera nuovo H₂ dall’acqua tramite elettrolisi. Ecco perché la sua erogazione si misura come portata (ml/min), anziché come concentrazione (ppm).

Quanto idrogeno c’è davvero nell’aria che respiri

L’atmosfera terrestre è composta in gran parte da azoto e ossigeno; argon e anidride carbonica costituiscono la maggior parte di ciò che resta. L’idrogeno non è presente neanche lontanamente in quantità paragonabili. Appartiene al piccolo gruppo dei gas in tracce, che comprende anche elio, neon, metano e kripton, ciascuno presente in quantità troppo ridotte per comparire in un semplice grafico della composizione atmosferica (fonte: Cosa c’è nell’aria? - UCAR Center for Science Education). All’interno di questo gruppo, la concentrazione misurata di idrogeno molecolare è di circa 0,53 parti per milione su base molare: un valore ricavato dai dati sulla composizione atmosferica, non da qualcosa di specifico di una determinata località o condizione meteorologica (fonte: Idrogeno - Wikipedia).

Che cosa significa concretamente «parti per milione»

Una concentrazione espressa in parti per milione descrive un rapporto, non una quantità che si potrebbe raccogliere. Mezzo parte per milione significa che, se in qualche modo potessi contare ogni molecola in un campione di due milioni, solo una circa sarebbe H₂; le altre 1.999.999 sarebbero azoto, ossigeno, argon, vapore acqueo e gli altri componenti della miscela. È questo rapporto a rendere «c’è idrogeno nell’aria» un’affermazione tecnicamente vera e, allo stesso tempo, fuorviante nella pratica: non distingue tra un gas presente in quantità significative e uno che, nella miscela complessiva, è poco più di un errore di arrotondamento.

Perché questa quantità in tracce non si accumula nel tempo

È ragionevole chiedersi perché un gas prodotto continuamente sulla Terra, anche da processi biologici, non si accumuli lentamente fino a raggiungere quantità maggiori nel corso del tempo geologico. La risposta sta nella massa. L’idrogeno è l’elemento più leggero che esista, e la sua massa ridotta permette alle singole molecole di H₂ di raggiungere la velocità di fuga e allontanarsi dall’alta atmosfera verso lo spazio molto più facilmente di quanto possano fare gas più pesanti come l’azoto o l’ossigeno (fonte: Idrogeno - Wikipedia). Non si tratta nemmeno di un processo lento o marginale: l’esosfera terrestre, lo strato più esterno dell’atmosfera, disperde continuamente idrogeno nello spazio a una velocità dell’ordine di alcuni chilogrammi al secondo, e lo strato più alto dell’atmosfera è composto quasi interamente da idrogeno proprio perché è il gas che riesce meglio a compiere questa risalita verso l’esterno (fonte: Atmosfera terrestre - Wikipedia).

Considerando insieme i due processi, la quantità in tracce diventa comprensibile: l’idrogeno entra nella bassa atmosfera da diverse fonti all’incirca alla stessa velocità con cui lascia l’alta atmosfera per disperdersi nello spazio. Il risultato è un equilibrio approssimativo che mantiene la concentrazione nell’aria ambiente bassa e stabile, invece di farla aumentare anno dopo anno. Ecco anche perché il valore di 0,53 ppm è considerato un riferimento affidabile nella chimica atmosferica, anziché un dato istantaneo da aggiornare a ogni nuova misurazione.

Confrontare l’erogazione di una macchina con la quantità presente nell’aria

Il valore atmosferico e le specifiche di una macchina descrivono due tipi diversi di misurazione: confonderli è all’origine di gran parte della confusione. Il contenuto di idrogeno nell’aria ambiente è una concentrazione, cioè una frazione di un volume enorme e, di fatto, illimitato. L’erogazione di una macchina è invece una portata: una quantità di gas fornita in uno spazio specifico, molto più piccolo, nell’arco di una determinata unità di tempo, che si tratti di una stanza o del tubo collegato a una cannula nasale. La Macchina per inalazione di idrogeno Hydrion Zenith, per esempio, è progettata attorno a questo secondo tipo di valore: dispone di sette livelli di erogazione regolabili, da 300 ml/min fino a 1.800 ml/min, ciascuno disponibile con H₂ puro o con una miscela di H₂+O₂, prodotta tramite elettrolisi PEM con una purezza dichiarata dell’idrogeno del 99,99% (fonte: pagina del prodotto).

Confrontare direttamente un valore in ppm con uno in ml/min non consente un calcolo diretto, perché le due unità misurano cose diverse. Il dato utile, però, è la differenza di scala: la quantità di idrogeno presente nell’aria è così ridotta che non è possibile estrarne una quantità pratica dalla normale aria di una stanza. È proprio per questo che macchine come questa non cercano affatto di catturare o concentrare l’idrogeno già presente nell’aria. Lo producono invece dall’acqua tramite elettrolisi, e il livello di erogazione scelto non dipende dalla quantità di idrogeno che si trova già nell’ambiente.

Perché non puoi semplicemente filtrare l’idrogeno dall’aria di una stanza

Un filtro o un concentratore funziona estraendo un gas desiderato da una miscela in cui è già presente in quantità utilizzabile, proprio come un concentratore di ossigeno estrae l’ossigeno dall’aria, che ne contiene già circa il 21%. L’idrogeno non offre questo punto di partenza. Con circa mezza parte per milione, in un determinato volume d’aria non ce n’è abbastanza da filtrare per ottenere una quantità significativa; servirebbe trattare un volume d’aria della stanza irrealisticamente grande anche solo per recuperarne una piccola quantità. Vale la pena notare, esclusivamente come riferimento per capire le proporzioni e non come calcolo di sicurezza, che l’idrogeno presente nell’aria diventa infiammabile solo quando la sua concentrazione raggiunge circa il 4% in volume (fonte: Sicurezza dell’idrogeno - Wikipedia): una concentrazione decine di migliaia di volte superiore alla quantità in tracce presente nell’aria ambiente, il che mostra quanto l’aria normale sia lontana dall’essere «concentrata». Il calcolo completo del volume della stanza e della ventilazione per utilizzare una macchina in sicurezza è trattato a parte in quanta quantità di idrogeno può contenere in sicurezza una stanza ventilata, poiché dipende dalle dimensioni della stanza e dal flusso d’aria, non dalla quantità in tracce presente nell’aria di cui si parla qui.

Che cosa significa se stai valutando l’inalazione di idrogeno

Se ti è capitato di leggere che «l’idrogeno è presente nell’aria» e ti sei chiesto se questo significasse che una macchina fosse in qualche modo superflua, era una domanda legittima. La risposta è semplicemente una questione di scala: l’aria intorno a te contiene idrogeno molecolare, ma in una concentrazione troppo ridotta perché possa essere utilizzato come fonte a sé. Un dispositivo progettato per l’inalazione di idrogeno parte da una condizione del tutto diversa: genera dall’acqua un flusso di gas controllato e concentrato, invece di attingere alle tracce già presenti nella stanza.

Se la chimica alla base di questo argomento è nuova per te, che cos’è davvero l’idrogeno molecolare è un buon punto di partenza per approfondire prima di proseguire. Per una panoramica più ampia su come si svolge una sessione e su cosa aspettarsi quando si inizia, una guida per principianti all’inalazione di idrogeno illustra le nozioni di base. E se ti interessa sapere che cosa succede a livello fisiologico quando si inala idrogeno, non solo come viene prodotto, che cosa fa l’organismo con l’idrogeno gassoso inalato riprende proprio da dove si conclude questo articolo. Per consultare una guida completa alle unità di misura, comprese le differenze tra ml/min, LPM e PPM, il glossario sull’inalazione di idrogeno le illustra tutte nel dettaglio.