Grynas vandenilis ar jo mišinys su deguonimi: režimai ir saugumas

Kai vandenilio įkvėpimo aparato specifikacijose nurodomi tokie režimai kaip „vienas išvadas (H2+O2 mišinys)“, „du išvadai (dujos atskirtos)“ ir „trys išvadai (grynas H2)“, iš tikrųjų aprašoma, kas nutinka dviem dujoms, kurias elektrolizės metu visada gauname kartu. Skaidant vandenį visada susidaro vandenilis ir deguonis fiksuotu 2:1 santykiu, o aparatas gali arba išleisti šias dujas kartu, kaip vandenilio ir deguonies mišinį (oksivandenilį), arba nukreipti jas vidiniais kanalais, kuriuose vandenilis atskiriamas nuo deguonies dar prieš dujoms pasiekiant kaniulę. Būtent dėl šio nukreipimo pasirinkimo mišrių dujų išvadui reikia kruopštesnės inžinerijos nei gryno vandenilio srautui, kuris skiedžiamas: oksivandenilio mišinys yra degus daug platesniame koncentracijos intervale ir užsidega kur kas lengviau nei vien vandenilis, sumaišytas su kambario oru.

• Vandens elektrolizės metu visada kartu susidaro vandenilis ir deguonis santykiu 2:1; aparatas prie elektrodų nepasirenka gaminti „tik vandenilį“ – jis tik nusprendžia, ar vėliau šias dujas atskirti.
• Vienas / mišrus, du / atskirti ir trys / gryno vandenilio išvadai – tai trys būdai nukreipti to paties elektrolizės proceso metu susidarančias dujas, o ne trys skirtingi cheminiai procesai aparato viduje.
• Ore esantis vandenilis užsidega tik tam tikrame intervale – apytiksliai nuo 4 % iki 75 % tūrio, o iš anksto sumaišytas oksivandenilio srautas užsidega platesniame intervale – apytiksliai nuo 4 % iki 95 % tūrio – ir tam reikia kur kas mažiau uždegimo energijos.
• Kuris išvado režimas jums tinkamas, priklauso nuo to, kiek žmonių naudosis aparatu ir ar norite didžiausios vandenilio koncentracijos viename sraute, o ne nuo to, kuris režimas apskritai yra „stipresnis“.

Ką iš tikrųjų reiškia „grynas vandenilis“ ir „oksivandenilis“

Elektrolizės metu vanduo suskaidomas į jį sudarančias dujas leidžiant per jį elektros srovę: iš 2 H₂O susidaro 2 H₂ ir O₂. Kadangi vandens molekulėje kiekvieniems dviem vandenilio atomams tenka vienas deguonies atomas, nuo elektrodų išsiskiriančių dujų tūrio santykis visada išlieka toks pats – 2:1 (šaltinis: Oksivandenilis – Wikipedia). Aparato konstrukcija nekeičia pradinio santykio; gamintojas projektuoja tai, kas nutinka dujoms joms išėjus iš elektrolizės elemento.

Jei aparatas leidžia vandeniliui ir deguoniui kartu tekėti viena linija, gaunamas oksivandenilis, kartais parduodamas tokiais pavadinimais kaip HHO arba Browno dujos. Jei aparatas elektrodų etape šias dujas atskiria, per vieną angą gali tiekti tik vandenilį, o per kitą – tik deguonį. Oksivandenilio pavadinimo chemija ir rinkodaros istorija peržengia šio straipsnio ribas; atskiras Browno dujų ir HHO terminijos aptarimas šią temą išnagrinėja išsamiau. Šiame straipsnyje svarbi paprastesnė mintis: „grynas vandenilis“ ir „oksivandenilis“ nėra dvi skirtingos dujos iš dviejų skirtingų šaltinių – tai du skirtingi būdai, kuriais aparatas gali panaudoti tas pačias elektrolizės metu susidariusias dujas.

Kaip išvado režimas pakeičia iš aparato išeinančias dujas

Supratus, kad vandenilis ir deguonis iš pradžių visada susidaro kartu, specifikacijose vartojami pavadinimai „vienas / du / trys išvadai“ tampa ne chemijos, o vamzdelių sistemos klausimu. Vienas, mišrus išvadas nukreipia bendrą H2+O2 srautą viena linija į vieną kaniulę, todėl vienas žmogus kvėpuoja dujomis tokiomis, kokios jos išėjo iš elektrolizės elemento. Du, atskirti išvadai tą patį srautą padalija į dvi fiziškai atskiras linijas, todėl aparatu vienu metu gali naudotis du žmonės arba vienas žmogus gali pasirinkti, kurias dujas iš kurios linijos įkvėpti. Trečias išvadas prideda dar vieną kelią, kuriuo teka tik vandenilis, todėl per vieną seansą iš šio įrenginio gaunama didžiausia vandenilio koncentracija, nes joks srautas neskiriamas tik deguoniui tiekti.

Skaitytojams, norintiems išsamesnio aparato našumo, grynumo ir kainų kategorijos palyginimo, o ne vien šios specifikacijos eilutės, gali būti naudingesnis bendras vandenilio įkvėpimo aparatų pirkimo vadovas, o tiems, kurie dar sprendžia, ar apskritai verta išbandyti įkvėpimą, verta pradėti nuo pradedančiųjų vadovo apie vandenilio įkvėpimo terapiją.

Kaip ši schema pritaikyta „Titan“ trims režimams

„Hydrion Titan“ yra geras konkretus pavyzdys, nes viename įrenginyje numatyti visi trys režimai. Jo PEM elektrolizės elementas pagamina 3 000 ml/min bendrą dujų srautą, kurio grynumas yra 99,99 %; dujos padalijamos numatytu santykiu 2:1 į 2 000 ml vandenilio ir 1 000 ml deguonies per minutę. Pasirinkus vieną išvadą, šis bendras srautas nukreipiamas į vieną kaniulę vienam naudotojui. Pasirinkus du išvadus, vandenilis ir deguonis atskiriami į dvi linijas, kad aparatu vienu metu galėtų naudotis du žmonės arba kad dujų srautus būtų galima naudoti atskirai. Pasirinkus tris išvadus, atskiriamas tik vandeniliui skirtas kelias, todėl vienas naudotojas per vieną seansą gauna didžiausią šio įrenginio tiekiamą vandenilio koncentraciją.

Saugumo skirtumas: mišrios dujos ir grynas vandenilis, skiedžiamas oru

Priežastis, kodėl mišrių dujų išvadas projektuojamas atsargiau nei gryno vandenilio išvadas, susijusi su degumo intervalais. Su oru sumaišytas vandenilis užsidega tik tam tikrame koncentracijos intervale – maždaug nuo 4 % iki 75 % tūrio; už šio intervalo ribų jis nedega net ir esant kibirkščiai (šaltinis: Vandenilio įkvėpimo keliamas užsidegimo pavojus – Molecular Hydrogen Institute). Iš anksto sumaišytas oksivandenilio srautas, kurį elektrolizės metu sudaro maždaug 66 % vandenilio ir 33 % deguonies, yra degus daug platesniame intervale – maždaug nuo 4 % iki 95 % tūrio, o užsidegti jam pakanka vos 0,007 milidžaulio energijos (šaltinis: Oksivandenilis – Wikipedia). Būtent dėl to, kad šis 2:1 dujų mišinys taip lengvai užsidega ir užsidegęs lengvai dega, jis pramonėje naudojamas kaip pjovimo ir suvirinimo kuras.

Grynas vandenilis, tiekiamas per nosies kaniulę, praktiškai elgiasi kitaip, nes vos išėjęs iš vamzdelio susimaišo su aplinkiniu kambario oru. Koncentracija, kuria žmogus iš tikrųjų kvėpuoja, priklauso nuo aparato srauto greičio, žmogaus kvėpavimo pobūdžio ir tiekimo sąsajos, o ne vien nuo vandenilio koncentracijos išvade; tyrėjai tai vadina įkvepiamo vandenilio dalimi. Tai reiškia, kad gryno vandenilio, kuris skiedžiamas, sistema ir iš anksto sumaišyto oksivandenilio sistema turi būti vertinamos atskirai saugumo požiūriu, o ne pagal vieną bendrą taisyklę (šaltinis: Vandenilio įkvėpimo keliamas užsidegimo pavojus – Molecular Hydrogen Institute).

Kas iš tikrųjų lemia riziką realiomis sąlygomis: vėdinimas, srauto greitis ir uždegimo šaltiniai

Štai kodėl gamintojai, siūlantys mišrių dujų išvesties režimą, įdiegia griežtesnes inžinerines saugos priemones nei aparatuose, kurie tiekia tik gryną vandenilį, skiedžiamą oru: užtikrina pakankamą vėdinimą aplink įrenginį, nurodo laikyti atvirą liepsną ir kitus uždegimo šaltinius atokiau nuo dujų kelio, taip pat užtikrina, kad įprastai veikiant vidinė dujų koncentracija įrenginyje neviršytų degumo ribos. Tai nereiškia, kad mišrių dujų režimas nesaugus, jei naudojamas pagal paskirtį; tai reiškia, kad paklaidos riba mažesnė, todėl šį trūkumą turi kompensuoti inžineriniai sprendimai, o ne palikti tai spręsti naudotojui. Šiame skyriuje aptariamas būtent degimo saugumas. Skaitytojai, kuriems rūpi fiziologinis vandenilio įkvėpimo šalutinis poveikis, o ne dujų tvarkymo sauga, ras šią temą atskirai aptartą straipsnyje apie tai, ką vandenilio įkvėpimo šalutinio poveikio klausimu nurodo saugumo tyrimai.

Kaip pasirinkti režimą: kam iš tikrųjų skirtas kiekvienas iš jų

Supratus chemiją ir saugumo argumentus, režimą galima rinktis pagal tai, kaip planuojate naudoti aparatą, o ne pagal tai, kuris režimas skamba pažangiausiai. Vienas, mišrus režimas tinka vienam žmogui, norinčiam paprasto seanso, kurio metu naudojamas visas bendras aparato srautas, ir nenorinčiam galvoti apie jo padalijimą. Du, atskirtų dujų režimas tinka dviem žmonėms, besidalijantiems vienu aparatu, arba vienam naudotojui, norinčiam atskirai naudoti vandenilį ir deguonį skirtingiems tikslams. Trys, gryno vandenilio režimas tinka žmogui, kuriam svarbiausia didžiausia įrenginio tiekiama tik vandenilio koncentracija, susitaikant su tuo, kad šiame režime naudojama tik vandenilio dalis visame sraute. Nė vienas iš šių trijų režimų nėra visuotinai geresnis; kiekvienas jų skirtingai nukreipia tą patį fiksuotą 2:1 elektrolizės metu susidarančių dujų srautą, o tinkamas pasirinkimas priklauso nuo to, kas naudosis aparatu ir ko sieks per seansą.

Ką patikrinti aparato specifikacijose prieš apsisprendžiant

Keli specifikacijų patikrinimai padeda sąžiningiau palyginti aparatus, o ne vertinti juos vien pagal režimų pavadinimus:

• Bendras dujų srautas ml/min ir nurodytas grynumo procentas, nes nuo jų priklauso didžiausios kiekvieno šio įrenginio režimo galimybės.
• Ar nurodytas vandenilio ir deguonies santykis iš tikrųjų atitinka elektrolizės metu susidarantį 2:1 santykį; jei jis skiriasi, verta tuo suabejoti, o ne tiesiog manyti, kad taip ir turi būti.
• Ar „atskirų dujų“ arba „gryno vandenilio“ išvadai pagrįsti tikra vidine dujų atskyrimo konstrukcija, o ne tėra pavadinimas, suteiktas tam pačiam vienam mišrių dujų išvadui.
• Paties aparato naudojimo vadovas ir specifikacijų lapas, palyginti su rinkodaros tekstais, nes nuo elektrolizės technologijos taip pat priklauso, ar šie skaičiai laikui bėgant išlieka pastovūs; elektrolitų tipų skirtumai atskirai aptariami straipsnyje apie PEM ir šarminę elektrolizę vandenilio inhaliatoriuose.

Supratus išvadų režimų chemiją ir saugumo argumentus, natūraliai kyla kitas klausimas: kuris aparato režimas labiausiai atitinka jūsų planuojamą naudojimo būdą – naudotis vienam, dalytis aparatu su kitu žmogumi ar siekti didžiausios gryno vandenilio koncentracijos per seansą? Būtent tam ir skirta tokia vieno, dviejų ir trijų išvadų konstrukcija kaip „Titan“ – kad vienas aparatas tiktų trims skirtingiems naudojimo atvejams ir nereikėtų trijų atskirų įrenginių.