Hoe werkt een waterstofwaterfles? Stap voor stap door één cyclus

Een waterstofwaterfles werkt door een elektrische stroom door het water in de voet te sturen, waardoor een deel van het water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. Een membraan in het apparaat houdt de twee gassen tijdens hun vorming uit elkaar, de zuurstof wordt via een eigen route afgevoerd en het waterstofgas lost op in het water in plaats van als belletjes te ontsnappen. Dit gebeurt allemaal automatisch, afgesloten in één klein apparaat, gedurende de paar minuten dat de cyclus na het indrukken van de knop loopt.

In de rest van dit artikel lopen we stap voor stap door die volgorde heen. We gebruiken de enkele vaste cyclus van Hydrion Core en het ontwerp met twee programma's van Hydrion Pulse als concrete voorbeelden van hoe de onderdelen en de timer zich daadwerkelijk gedragen.

• De knop of het touchscreen geeft de besturingskaart door welk opgeslagen programma moet worden uitgevoerd; de stroom wordt niet rechtstreeks naar de elektroden gestuurd.
• In de waterkamer splitst gelijkstroom watermoleculen bij een paar elektroden.
• Een protonenuitwisselingsmembraan laat geladen waterstofionen erdoorheen, terwijl de waterstof- en zuurstofgasmoleculen aan afzonderlijke kanten blijven.
• Het afgescheiden bijproductgas wordt uit het apparaat afgevoerd in plaats van in de kamer te blijven.
• Het waterstofgas dat tijdens de cyclus ontstaat, lost op in het omringende water. Hoe langer de cyclus loopt, hoe meer tijd het heeft gehad om op te lossen.

Wat gebeurt er tussen het indrukken van de knop en het drinken van je water?

Van buitenaf ziet een waterstofwaterfles eruit als één afgesloten apparaat met een knop en een waterkamer. Binnenin doorloopt een cyclus vijf verschillende fasen in een vaste volgorde: de besturingskaart activeert het proces, het water wordt bij de elektroden gesplitst, het membraan scheidt de twee ontstane gassen, het bijproductgas wordt afgevoerd en waterstof lost op in het water waarmee je de kamer hebt gevuld. Je kunt geen van deze fasen zien gebeuren en na het indrukken van de knop hoef je zelf niets te doen. Zodra de cyclus begint, loopt die vanzelf door zolang het gekozen programma duurt. Hieronder leggen we uit wat er in elke fase precies gebeurt.

Stap 1: de besturingskaart leest de druk op de knop

Het proces begint met een aanraakgevoelige knop of een klein scherm op de voet van de fles. Als je erop drukt, wordt er niet rechtstreeks stroom naar de elektroden gestuurd; de knop geeft een besturingskaart door welk vooraf ingesteld programma moet worden uitgevoerd, inclusief de duur van de cyclus. Dat onderscheid is belangrijk, omdat het verklaart waarom sommige flessen met één knop meer dan één optie bieden. Hydrion Pulse werkt precies zo: één keer drukken start een programma van vijf minuten en twee keer snel achter elkaar drukken start in plaats daarvan een programma van tien minuten. Met de knop kies je tussen twee opgeslagen instellingen die de besturingskaart al kent; je stelt de elektroden niet tijdens de cyclus bij.

Stap 2: in de elektrolysecel wordt het water gesplitst

Zodra de besturingskaart een programma activeert, stuurt die gelijkstroom door een paar elektroden in de waterkamer. Bij de ene elektrode staan watermoleculen elektronen af en ontstaat zuurstof; bij de andere combineren die elektronen met waterstofionen die al in het water aanwezig zijn, waardoor waterstofgas ontstaat. Dit is gewone waterelektrolyse, dezelfde reactie die wordt gebruikt bij de productie van waterstof voor brandstofcellen en industriële toepassingen. Er zijn alleen elektriciteit en water voor nodig.

Omdat de elektroden in water zitten en tijdens herhaalde cycli stroom voeren, hebben ze een coating nodig die corrosie tegengaat. Afhankelijk van het model is die coating van platina, een platina-iridiumlegering of met platina gecoat titanium. Zo vermeldt de specificatie van Hydrion Core bijvoorbeeld platina-iridiumelektroden in combinatie met een kamer van 300 ml en een batterij die is berekend op ongeveer 15 tot 20 keer gebruik per oplaadbeurt. Daardoor kan het elektrodenpaar de elektrolysefase cyclus na cyclus doorstaan.

Stap 3: het membraan houdt de twee gassen uit elkaar

Als de elektrolyse in open water zou plaatsvinden zonder iets anders in de kamer, zouden de waterstof en zuurstof die bij de twee elektroden ontstaan zich in dezelfde ruimte mengen. Daarvoor dient het membraan. Een protonenuitwisselingsmembraan zit tussen de elektroden. Het geleidt de geladen waterstofionen erdoorheen, maar blokkeert fysiek de gasmoleculen zelf. Daardoor ontstaat waterstof aan de ene kant van het membraan en zuurstof aan de andere kant. Het membraan houdt ze uit elkaar, niet de afstand tussen de elektroden of het tijdstip waarop de gassen ontstaan.

Daarom wordt het resultaat ook omschreven als waterstof die in het water is opgelost, en niet als gas dat erdoorheen borrelt: het membraan is er specifiek om te voorkomen dat de twee gassen opnieuw met elkaar reageren of zich tegelijkertijd weer met hetzelfde water mengen. Een gewoon paar elektroden zonder membraan kan dat niet zelfstandig.

Stap 4: waar gaat de zuurstof naartoe?

Het gas dat bij de zuurstofvormende elektrode ontstaat, moet ergens naartoe zodra het is gescheiden van de waterstofkant. In plaats van in de kamer te blijven en mogelijk opnieuw op te lossen, wordt het via een eigen afvoerroute uit het apparaat geleid. Die route is ingebouwd in de voet of het deksel. Op de productpagina's van Hydrion wordt dit afgevoerde gas omschreven als zuurstof. In de productvermelding van Core wordt ook een spoorhoeveelheid ozon genoemd als onderdeel van die bijproductstroom. Dat is de beschrijving van de fabrikant van de interne afvoer; je kunt dit niet controleren door de buitenkant van de fles te bekijken. Het is daarom goed om dit te beschouwen als een opgegeven werking van het ontwerp, niet als een onafhankelijk gemeten resultaat.

Stap 5: waterstof oplossen in het water dat je gaat drinken

Terwijl het bijproductgas wordt afgevoerd, lost het waterstofgas dat bij de andere elektrode is ontstaan op in het water dat nog in de kamer zit. Hoe langer de cyclus loopt, hoe meer tijd de waterstof heeft gehad om op te lossen. Daarom melden fabrikanten voor langere programma's hogere waarden in parts per billion dan voor kortere programma's. Dit zijn resultaten die de fabrikant onder zijn eigen testomstandigheden vermeldt; ze zijn niet onafhankelijk gemeten in dit artikel. Beschouw een opgegeven ppb-waarde daarom als wat de fabrikant meldt voor die specifieke cyclusduur, en niet als een garantie voor elk glas water.

Na afloop van de cyclus blijft opgelost waterstof niet voor onbepaalde tijd op die concentratie. Daarom hoort het drinken van het water kort nadat de cyclus is afgelopen bij dezelfde ontwerpgedachte; het is geen willekeurige instructie. In dit artikel over hoe lang waterstof in water blijft lees je wat er met die concentratie gebeurt nadat de cyclus van de fles is afgelopen. Daarom herhalen we dat hier niet.

Wat de timer en het aantal keer drukken op de knop precies regelen

Als je de vijf fasen samen bekijkt, lijkt de timer geen willekeurige instelling meer. Hydrion Core voert telkens wanneer je op de knop drukt hetzelfde vaste programma van minder dan vijf minuten uit. In die ene cyclus doorloopt het water de fasen van splitsing, membraanscheiding, afvoer en verzadiging. Hydrion Pulse biedt de keuze uit twee opgeslagen programma's: één keer drukken voor een cyclus van vijf minuten, waarvoor de fabrikant ongeveer 4.000 PPB opgeeft, of twee keer drukken voor een cyclus van tien minuten, met een opgegeven waarde tot 8.000 PPB. Bij beide flessen kies je met de knop uit programma's die al in de besturingskaart zijn opgeslagen; je krijgt geen rechtstreekse controle over de spanning, stroomsterkte of werking van het membraan.

Hierbij is het belangrijk om twee dingen uit elkaar te houden. Een langere cyclus is niet automatisch "beter" voor elke toepassing; het is dezelfde werkwijze die langer wordt uitgevoerd. De juiste duur hangt af van hoe je het water wilt gebruiken, niet alleen van de PPB-waarde. Daarom behandelt dit artikel de opgegeven waarden van Core en Pulse ook als resultaten die de fabrikant voor hun eigen specifieke programma's vermeldt, en niet als een ranglijst van de twee. Wie de onderliggende eenheden uitgelegd wil krijgen of dit ontwerp met membraan wil vergelijken met andere vormen van elektrolyse, vindt elders antwoord op die specifieke vragen: wat ppb en ppm precies meten is een onderwerp op zich, en hoe SPE/PEM-elektrolyse zich verhoudt tot ontwerpen met één kamer gaat dieper in op de membraantechnologie zelf.

De onderdelen waar je daadwerkelijk naar kijkt

Nu de cyclus is uitgelegd, kun je de fysieke fles er vrij eenvoudig aan koppelen. De kamer bevat het water waarmee je de fles hebt gevuld, gedurende de hele cyclus, van activering tot verzadiging. In de voet zitten de besturingskaart en de elektrolysecel, met het elektrodenpaar en het membraan ertussen. De afvoerroute voor het bijproductgas is ingebouwd in de voet of de naad van het deksel, en is geen afzonderlijk accessoire dat je moet bevestigen. Je hoeft niets open te maken of te inspecteren: elke keer dat je een cyclus uitvoert, vinden alle vijf fasen plaats in die afgesloten voet.

Dagelijkse gewoonten zoals hoeveel water je erin doet, hoe vaak je een cyclus uitvoert en hoe je de fles schoonmaakt en oplaadt, vallen buiten het onderwerp van dit artikel. In de handleiding voor het instellen en gebruiken van een waterstofwaterfles wordt die routine uitgebreid besproken. Wie deze flesvorm vergelijkt met een los waterstofwaterapparaat of een inhalator, kan in deze uitleg over hoe waterstofwatergeneratoren werken lezen hoe dat ontwerp verschilt.

Als je de vijf fasen als een opeenvolging begrijpt in plaats van als een black box, is het handigste om vervolgens te controleren welk programma jouw fles precies biedt: één vaste cyclus zoals die van Core, of de keuze tussen twee programma's op basis van het aantal keer drukken, zoals bij Pulse. Als je weet welk model je hebt, begrijp je wat er precies gebeurt wanneer je op de knop drukt.