Si può produrre idrogeno da inalare in casa? Perché i kit fai da te sono una cattiva idea
Se hai guardato un video fai da te sull’elettrolisi «HHO» o dell’acqua salata e ti sei chiesto se lo stesso sistema con barattolo e fili potesse alimentare una cannula nasale per una sessione di inalazione di idrogeno, la risposta diretta è no: una cella elettrolitica di base non produce un flusso di gas sicuro o adatto alla respirazione, e i motivi non hanno nulla a che vedere con la potenza della batteria o con il numero di bolle che si formano sugli elettrodi. A determinare se il gas prodotto è respirabile sono l’elettrolita aggiunto per far condurre l’elettricità all’acqua pura e il comportamento fisico dell’idrogeno una volta uscito dalla cella. Entrambi questi fattori rendono inadeguato un sistema aperto e improvvisato, in modi che una macchina sigillata, progettata appositamente, è concepita proprio per evitare.
- L’acqua pura conduce pochissima elettricità, quindi i kit fai da te aggiungono all’acqua sale o soda caustica, e quell’additivo entra nel flusso di gas: non serve soltanto a facilitare il passaggio della corrente.
- Una cella ad acqua salata produce cloro insieme all’idrogeno: è un esito chimico prevedibile, non un malfunzionamento occasionale.
- Una cella a base di soda caustica evita il cloro, ma richiede di maneggiare una soluzione fortemente caustica, sostituendo un pericolo con un altro.
- L’idrogeno stesso è infiammabile anche con energie di accensione molto basse, indipendentemente dall’elettrolita usato per produrlo.
- Una macchina PEM (a membrana a scambio protonico) affronta questi problemi dal punto di vista strutturale, separando i flussi di gas all’interno di una cella sigillata alimentata con acqua purificata anziché con sale o soda caustica.
In quali sostanze si scinde davvero l’acqua con un kit per elettrolisi domestica
L’elettrolisi di base usa una corrente elettrica per scindere l’acqua in corrispondenza di due elettrodi: l’idrogeno si raccoglie su uno e l’ossigeno sull’altro. È chimica vera, ed è davvero semplice. Il problema è che l’acqua pura conduce male l’elettricità, quindi, se lasciata a sé, una cella ad acqua semplice assorbe pochissima corrente e produce gas molto lentamente. È proprio per questo che nei video fai da te e HHO si aggiungono all’acqua sale da cucina o una soluzione di soda caustica (idrossido di sodio o di potassio) prima di accendere l’alimentazione: gli ioni disciolti conducono la corrente e accelerano notevolmente la reazione.
Questa comodità ha un costo su cui i video raramente si soffermano. Quando nell’acqua è presente un elettrolita, gli elettrodi non si limitano più a scindere H2O. Reagiscono anche con gli ioni introdotti dall’elettrolita, e ciò che si sprigiona dagli elettrodi dipende dall’elettrolita scelto. Prima di convogliare qualsiasi cosa verso il viso, la domanda da porsi non è «produce idrogeno?», perché sì, lo produce, ma «cos’altro produce insieme all’idrogeno?».
Perché una cella ad acqua salata produce cloro, non solo idrogeno
Quando l’elettrolita è il comune sale da cucina (cloruro di sodio), la chimica prende una direzione specifica e ben documentata. All’anodo, gli ioni cloruro vengono ossidati e trasformati in cloro gassoso, anziché ossidare l’acqua stessa trasformandola in ossigeno; nel frattempo, al catodo continuano a formarsi idrogeno e ioni idrossido, come prima (fonte: Processo cloro-alcali, Wikipedia). È la stessa reazione cloro-alcali che gli impianti industriali sfruttano intenzionalmente per produrre cloro e idrossido di sodio, qui innescata per caso in un barattolo. Una cella per l’elettrolisi dell’acqua salata è quindi un reattore che produce tre sostanze: idrogeno, cloro e idrossido di sodio disciolto. Inoltre, una sintesi separata del processo descrive l’elettrolisi tradizionale dell’acqua salata come un processo che produce «cloro tossico e corrosivo» come sottoprodotto diretto, a differenza dell’elettrolisi condotta con acqua pura o deionizzata (fonte: Elettrolisi dell’acqua, Wikipedia).
Il cloro non è un contaminante in tracce che si possa ragionevolmente ignorare. I limiti di esposizione professionale lo considerano pericoloso già a concentrazioni inferiori a una parte per milione: il National Institute for Occupational Safety and Health statunitense fissa un limite massimo di 0,5 ppm per 15 minuti, il limite massimo OSHA è di 1 ppm e 10 ppm sono classificati come immediatamente pericolosi per la vita o la salute (fonte: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Un barattolo d’acqua salata che gorgoglia, alimentato con la tensione di un esperimento casalingo non può misurare né controllare quanto cloro finisca mescolato al gas che rilascia, e non esiste un filtro per cannula che trasformi questa incertezza in un valore noto e sicuro.
Cosa provoca l’inalazione di cloro gassoso a occhi, naso e polmoni
Anche un’esposizione breve provoca bruciore agli occhi, al naso, alla bocca e alla gola, oltre a tosse; un’esposizione più elevata può causare edema polmonare, cioè un accumulo di liquidi nei polmoni che costituisce un’emergenza medica (fonte: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Non serve una perdita consistente perché ciò accada. Basta scegliere un elettrolita che non è mai stato pensato per essere respirato direttamente.
Perché un sistema a base di soda caustica elimina il rischio del cloro, ma ne introduce uno proprio
Alcuni sistemi fai da te sostituiscono il sale con una soluzione concentrata di idrossido di potassio o di sodio, spesso in una concentrazione dal 25 al 40 percento in peso (fonte: Elettrolisi dell’acqua, Wikipedia). Poiché qui a condurre la corrente è lo ione idrossido, non quello cloruro, questa versione non genera cloro gassoso. È importante essere precisi su questo punto, anziché trattare la soda caustica come una versione più vaga dello stesso problema: la chimica è davvero diversa.
Ciò che non scompare è l’elettrolita stesso. Una soluzione così concentrata è fortemente caustica, appartiene alla stessa categoria di sostanze chimiche dei disgorganti per tubature e, a contatto, aggredisce la pelle, gli occhi e le mucose. In una cella aperta o improvvisata, goccioline o aerosol possono essere trasportati nella linea del gas insieme all’idrogeno, trasformando un pericolo chimico in un pericolo di inalazione e di contatto proprio nel punto in cui il gas dovrebbe raggiungere il naso di qualcuno. Sostituire il sale con la soda caustica significa scambiare un problema di gas tossico con un problema di manipolazione di sostanze caustiche; non significa ottenere un sistema da cui sia semplicemente sicuro respirare.
Il rischio di incendio ed esplosione dell’idrogeno, indipendente dall’elettrolita
Anche una cella che in qualche modo evitasse sia il cloro sia il trascinamento di sostanze caustiche continuerebbe a produrre idrogeno, che presenta problemi di manipolazione indipendenti dall’elettrolita usato per produrlo. Il suo intervallo di infiammabilità in aria va da circa il 4% al 75% in volume, mentre l’intervallo di detonazione, più ristretto, è compreso tra circa il 18,3% e il 59%; nella pratica, in presenza di turbolenze, l’accensione può verificarsi anche al di fuori di questi valori nominali (fonte: Sicurezza dell’idrogeno, Wikipedia). È un intervallo insolitamente ampio rispetto a quello della maggior parte dei gas infiammabili, il che lascia più spazio perché una miscela accidentale vi rientri.
L’idrogeno si accende facilmente: la sua energia minima di accensione è di circa 0,02 millijoule, tra le più basse di qualsiasi sostanza conosciuta e circa un decimo di quella necessaria per una miscela di benzina e aria (fonte: Sicurezza dell’idrogeno, Wikipedia). Basta una scarica elettrostatica o una scintilla troppo piccola per essere notata. Se a questo si aggiunge che l’idrogeno è più leggero dell’aria e si accumula vicino ai soffitti e sotto le sporgenze anziché disperdersi verso il basso, e che una perdita che prende fuoco in una stanza chiusa ha più probabilità di provocare un’esplosione che una fiamma circoscritta (fonte: Sicurezza dell’idrogeno, Wikipedia), il quadro è chiaro: una cella elettrolitica aperta lasciata in funzione senza sorveglianza in camera da letto o in bagno genera un gas con un margine di errore davvero ridotto, oltre a qualsiasi sostanza introdotta dall’elettrolita.
In cosa è diversa una macchina PEM
Una cella a membrana a scambio protonico (PEM) affronta contemporaneamente i problemi del cloro, delle sostanze caustiche e della miscelazione incontrollata: lo fa per progettazione, non per fortuna. La membrana conduce i protoni e al tempo stesso agisce fisicamente da isolante e barriera tra i reagenti, così idrogeno e ossigeno si formano sui suoi lati opposti anziché gorgogliare insieme in un unico contenitore aperto (fonte: Elettrolisi dell’acqua, Wikipedia). Poiché la membrana è sensibile agli ioni disciolti, i sistemi PEM sono progettati per funzionare con acqua di alimentazione pulita e desalinizzata, anziché con acqua salata o soda caustica; gli ioni estranei degradano la membrana invece di limitarsi ad aggiungere un sottoprodotto. Ecco perché, in pratica, l’acqua desalinizzata è una necessità per gli elettrolizzatori PEM, non una preferenza (fonte: Elettrolisi dell’acqua, Wikipedia).
È questo il meccanismo alla base di macchine come la Macchina per inalazione di idrogeno Hydrion Zenith. La scheda del prodotto indica una purezza dell’idrogeno del 99,99%, l’elettrolisi PEM con membrana protonica rivestita di platino, l’uso di acqua distillata o purificata con solidi totali disciolti inferiori a 3 ppm e una portata regolabile da 300 a 1.800 ml/min su sette impostazioni. Si tratta delle specifiche dichiarate dal produttore, non di test di laboratorio indipendenti, ma sono comunque informazioni dello stesso tipo di quelle che si trovano nella scheda tecnica di qualsiasi apparecchiatura e si contrappongono direttamente a una cella aperta, che produce tutto ciò che una reazione incontrollata finisce per generare.
Se vuoi approfondire il funzionamento della tecnologia a membrana in generale, la nostra guida all’elettrolisi PEM nelle bottiglie per acqua idrogenata illustra lo stesso principio di separazione su scala più piccola, mentre l’articolo sul perché la qualità della membrana determina quella del gas prodotto spiega perché una cella aperta non può eguagliare ciò che un sistema a membrana sigillato è progettato per fare.
Perché «è tecnicamente idrogeno» non significa «adatto alla respirazione»
Un flusso di gas proveniente da un barattolo di acqua salata o di soda caustica può contenere idrogeno, ma può anche trasportare tracce di cloro, aerosol caustico o una miscela non misurata di idrogeno e ossigeno, che nessuno ha controllato prima che raggiungesse un tubo. È una cosa fondamentalmente diversa da un gas prodotto con una purezza dichiarata, da apparecchiature progettate per impedire proprio questi problemi. La vera scelta non è tra «fai da te» e «acquistato in negozio» come questione di preferenze: è tra improvvisare un piccolo esperimento chimico in casa e usare apparecchiature con specifiche definite, testate dal produttore e progettate per un unico scopo: produrre gas inalabile a una portata nota.
Detto questo, le specifiche non sostituiscono il buon senso. Un rilevatore domestico di idrogeno e un’attenzione ragionevole alla ventilazione restano precauzioni sensate con qualsiasi apparecchiatura a idrogeno, fatta in casa o prodotta industrialmente, proprio perché il profilo di infiammabilità dell’idrogeno non cambia a seconda della provenienza del gas. Se vuoi capire come funzionano davvero i rilevatori e i calcoli di ventilazione, invece di affidarti a precauzioni generiche, il nostro articolo sul funzionamento dei sensori dei rilevatori di idrogeno e la nostra analisi dei limiti di ventilazione in base al volume della stanza approfondiscono i dettagli. E se hai già superato la questione della sicurezza e stai valutando quale macchina progettata appositamente si adatti al tuo impianto, il nostro confronto tra Zenith e Titan è la lettura successiva più naturale. Per una panoramica più generale su cosa comporta l’inalazione di idrogeno, prima di arrivare a tutto questo, la nostra guida introduttiva alla terapia inalatoria con idrogeno è un buon punto di partenza.
Questo articolo spiega cosa produce davvero l’elettrolisi domestica; non è una guida alla costruzione di alcunché e nulla di quanto riportato va inteso come istruzione per assemblare o usare una cella a gas fai da te.