Ar ore yra vandenilio? Natūralus kiekis ir inhaliatoriaus išeiga

Taip, vandenilio yra ore, kuriuo kvėpuojate, tačiau tik pėdsakų: molekulinis vandenilis (H₂) sudaro maždaug 0,53 milijoninės dalies atmosferos moliniu pagrindu, o tai reiškia, kad iš kiekvienų dviejų milijonų aplink jus esančių oro molekulių tik maždaug viena yra H₂ (šaltinis: Vandenilis – Vikipedija). Šis kiekis yra pastovus foninis rodiklis, o ne kažkas, kas svyruoja priklausomai nuo miesto ar dienos, ir jis gerokai mažesnis už dujų srautą, kurį pagal poreikį gali generuoti vandenilio inhaliatorius. Būtent šį skirtumą ir aptarsime šiame straipsnyje.

• Aplinkos ore yra apie 0,53 ppm molekulinio vandenilio, priskiriamo prie kitų atmosferoje esančių pėdsakinių dujų, tokių kaip helis, neonas, metanas ir kriptonas.
• Šis kiekis ilgainiui nedidėja, nes dėl mažos vandenilio masės jis į kosmosą pasišalina greičiau nei sunkesnės atmosferos dujos.
• Vandenilio inhaliatorius nekoncentruoja patalpos ore jau esančio vandenilio; jis elektrolizės būdu gamina naują H₂ iš vandens, todėl jo išeiga matuojama srauto greičiu (ml/min), o ne koncentracija (ppm).

Kiek vandenilio iš tiesų yra ore, kuriuo kvėpuojate

Žemės atmosferą daugiausia sudaro azotas ir deguonis, o argonas ir anglies dioksidas sudaro didžiąją dalį to, kas lieka. Vandenilio kiekiai nė iš tolo neprilygsta šių dujų kiekiams. Jis priklauso nedidelei pėdsakinių dujų grupei, kuriai taip pat priskiriami helis, neonas, metanas ir kriptonas. Kiekvienos jų yra tiek mažai, kad įprastoje sudėties diagramoje jų kiekiai neatsispindi (šaltinis: Kas yra ore? – UCAR mokslo švietimo centras). Šioje pėdsakinių dujų grupėje išmatuota molekulinio vandenilio dalis moliniu pagrindu siekia apie 0,53 milijoninės dalies. Šis skaičius nustatytas remiantis atmosferos sudėties duomenimis, o ne konkrečia vietove ar oro sąlygomis (šaltinis: Vandenilis – Vikipedija).

Ką praktiškai reiškia „milijoninė dalis“

Koncentracija, išreikšta milijoninėmis dalimis, apibūdina santykį, o ne kiekį, kurį galėtumėte surinkti. Pusė milijoninės dalies reiškia, kad jei kaip nors galėtumėte suskaičiuoti kiekvieną molekulę dviejų milijonų molekulių mėginyje, tik maždaug viena iš jų būtų H₂; likusios 1 999 999 molekulės būtų azoto, deguonies, argono, vandens garų ir kitų mišinio komponentų molekulės. Būtent dėl šio santykio teiginys „ore yra vandenilio“ vienu metu yra techniškai teisingas ir praktiškai klaidinantis: jame neatskiriama, ar dujų yra reikšmingas kiekis, ar jų dalis bendrame mišinyje tėra menka paklaida.

Kodėl šis pėdsakinis kiekis laikui bėgant nesikaupia

Natūralu klausti, kodėl Žemėje, taip pat ir biologinių procesų metu, nuolat susidarančios dujos per geologinį laiką pamažu nesusikaupia didesniais kiekiais. Viskas priklauso nuo masės. Vandenilis yra lengviausias elementas, o dėl mažos jo masės atskiros H₂ molekulės gali pasiekti pabėgimo greitį ir iš viršutinių atmosferos sluoksnių išskrieti į kosmosą kur kas lengviau nei sunkesnės dujos, pavyzdžiui, azotas ar deguonis (šaltinis: Vandenilis – Vikipedija). Tai nėra lėtas ar menkas procesas: Žemės egzosfera, išorinis atmosferos pakraštys, nuolat netenka vandenilio į kosmosą – per sekundę jo pasišalina maždaug keli kilogramai. Viršutinį atmosferos sluoksnį beveik vien sudaro vandenilis būtent todėl, kad šios dujos lengviausiai iš jo pasišalina (šaltinis: Žemės atmosfera – Vikipedija).

Palyginus šiuos du procesus, pėdsakinis vandenilio kiekis tampa suprantamas: iš įvairių šaltinių vandenilis į apatinius atmosferos sluoksnius patenka maždaug tokiu pačiu tempu, kokiu iš viršutinių sluoksnių pasišalina į kosmosą. Taip susidaro apytikra pusiausvyra, dėl kurios vandenilio koncentracija aplinkos ore išlieka maža ir stabili, o ne kasmet didėja. Tai taip pat paaiškina, kodėl 0,53 ppm vertė atmosferos chemijoje laikoma patikimu atskaitos dydžiu, o ne momentine reikšme, kurią reikėtų atnaujinti po kiekvieno naujo matavimo.

Palyginkime aparato išeigą su aplinkos ore esančiu pėdsakiniu kiekiu

Atmosferos rodiklis ir aparato techniniuose duomenyse nurodytas dydis apibūdina du skirtingus matavimo būdus. Būtent jų painiojimas ir sukelia didelę dalį nesusipratimų. Vandenilio kiekis aplinkos ore yra koncentracija – dalis milžiniškame, iš esmės neribotame tūryje. Aparato išeiga yra srauto greitis – dujų kiekis, per tam tikrą laiko vienetą tiekiamas į konkrečią, gerokai mažesnę erdvę, nesvarbu, ar tai būtų patalpa, ar prie nosies kaniulės prijungta žarnelė. Pavyzdžiui, Hydrion Zenith sukurtas būtent pagal šio antrojo tipo rodiklį: jame galima pasirinkti vieną iš septynių reguliuojamų išeigos lygių – nuo 300 ml/min iki 1 800 ml/min. Kiekvienu lygiu tiekiamas grynas H₂ arba H₂+O₂ mišinys, gaminamas PEM elektrolizės būdu, o nurodytas vandenilio grynumas siekia 99,99 % (šaltinis: produkto puslapis).

Tiesiogiai lyginti ppm ir ml/min rodiklius nėra tikslu, nes jais matuojami skirtingi dalykai. Vis dėlto svarbu suvokti mastelio skirtumą: aplinkos ore vandenilio yra taip mažai, kad iš įprasto patalpos oro praktiškai neįmanoma išgauti jokio naudingo jo kiekio. Būtent todėl tokie aparatai apskritai nesiekia surinkti ar koncentruoti jau ore esančio vandenilio. Vietoj to jie gamina jį iš vandens elektrolizės būdu, o pasirinktas išeigos lygis niekaip nepriklauso nuo to, kiek vandenilio tuo metu jau yra patalpos ore.

Kodėl vandenilio negalima tiesiog išfiltruoti iš patalpos oro

Filtras ar koncentratorius atskiria norimas dujas iš mišinio, kuriame jų jau yra pakankamai, panašiai kaip deguonies koncentratorius išskiria deguonį iš oro, kuriame jo jau yra apie 21 %. Vandenilio atveju tokios pradinės sąlygos nėra. Kai jo yra maždaug pusė milijoninės dalies, tam tikrame oro tūryje jo paprasčiausiai nepakanka, kad būtų galima išfiltruoti reikšmingą kiekį; net mažam kiekiui išgauti reikėtų apdoroti nepraktiškai didelį patalpos oro tūrį. Verta paminėti vien kaip mastelio palyginimą, o ne kaip saugumo apskaičiavimą, kad vandenilis ore tampa degus tik tada, kai jo koncentracija pagal tūrį pasiekia maždaug 4 % (šaltinis: Vandenilio sauga – Vikipedija) – tai dešimtis tūkstančių kartų didesnė koncentracija nei aplinkos ore esantis pėdsakinis kiekis, o tai parodo, kaip toli įprastas oras yra nuo „koncentruoto“ vandenilio. Išsamūs patalpos tūrio ir vėdinimo skaičiavimai, reikalingi saugiam aparato naudojimui, aptariami atskirai straipsnyje kiek vandenilio gali saugiai būti vėdinamoje patalpoje, nes šis skaičiavimas priklauso nuo patalpos dydžio ir oro srauto, o ne nuo čia aptariamo pėdsakinio kiekio.

Ką tai reiškia, jei svarstote apie vandenilio inhaliacijas

Jei perskaitėte teiginį „ore yra vandenilio“ ir susimąstėte, ar tai reiškia, kad aparatas kažkaip nereikalingas, toks klausimas visiškai pagrįstas. Atsakymas paprasčiausiai susijęs su masteliu: aplinkiniame ore yra molekulinio vandenilio, tačiau jo koncentracija per maža, kad pats oras būtų tinkamas jo šaltinis. Vandenilio inhaliacijoms skirtas aparatas veikia visiškai kitaip: jis iš vandens generuoja kontroliuojamą, koncentruotą dujų srautą, o ne naudoja patalpos ore jau esančius vandenilio pėdsakus.

Jei ši chemija jums nauja, straipsnyje kas iš tiesų yra molekulinis vandenilis rasite reikalingos pagrindinės informacijos. Jei norite geriau suprasti, kaip vyksta seansas ir ko tikėtis pradėjus, pradedančiųjų vandenilio inhaliacijų vadove aptariami pagrindai. O jei įdomu, kas vyksta organizme įkvėpus vandenilio, o ne vien tai, kaip jis gaminamas, straipsnyje kas nutinka įkvėptoms vandenilio dujoms organizme tęsiama būtent ten, kur baigiasi šis straipsnis. Išsamų vartojamų matavimo vienetų vadovą, kuriame paaiškinami ir ml/min, LPM bei PPM skirtumai, rasite vandenilio inhaliacijų terminų žodyne.