Is waterstofwater alkalisch? Wat elektrolyse met de pH doet

Waterstofwater is geen soort alkalisch water. Het toevoegen van opgelost waterstofgas via SPE/PEM-elektrolyse en het verschuiven van de pH richting de alkalische kant van de schaal zijn twee verschillende dingen. Een goed ontworpen waterstoffles doet het eerste zonder veel aan het tweede te veranderen. Onafhankelijke laboratoriumtests van de Hydrion Core, een waterstoffles met een membraan, maten een begin-pH van 6,28 in het bronwater en 6,33 in het uiteindelijke, met waterstof verrijkte water: een verschil dat klein genoeg is om binnen de normale variatie tussen tests te vallen, in plaats van een betekenisvolle verschuiving naar alkalische waarden. Om te begrijpen waarom, bekijken we eerst kort wat pH meet en hoe de elektrolyse in een waterstoffles verschilt van die in een alkalische ionisator.

• pH en waterstofconcentratie zijn afzonderlijke variabelen. Een waterstoffles is ontworpen om de hoeveelheid opgelost H2 te verhogen, niet om de zuurgraad of alkaliteit van het water te veranderen.
• Alkalische ionisatoren en SPE/PEM-waterstofflessen gebruiken allebei elektrolyse, maar voor verschillende doeleinden. Een ionisator is ontworpen om water te splitsen in een zure en een alkalische stroom. Een waterstoffles met membraan voert het bijproductgas af en houdt het drinkwater als één enkele stroom.
• De meetgegevens bevestigen dit. Laboratoriumtests van de Hydrion Core lieten een verschuiving van 0,05 pH-eenheid zien tussen het bronwater en het geproduceerde water. Dat is geen verschuiving naar het alkalische bereik.

Wat meet pH precies?

pH beschrijft de verhouding tussen waterstofionen (H+) en hydroxide-ionen (OH-) in een vloeistof, op een schaal van 0 tot 14, met 7 als neutraal middelpunt (bron: USGS Water Science School). Een waarde lager dan 7 betekent dat het water relatief meer vrije waterstofionen dan hydroxide-ionen bevat; dat noemen chemici zuur. Een waarde hoger dan 7 betekent het omgekeerde: meer hydroxide-ionen, dus de basische of alkalische kant van de schaal. De pH van het meeste kraanwater en flessenwater ligt dicht bij dat neutrale middelpunt, doorgaans ergens tussen 6,5 en 8,5, afhankelijk van de bron. Dat uitgangspunt is hier van belang, omdat elk elektrolyseproces daar begint voordat het iets kan veranderen.

Dit zegt nog niets over waterstofgas. pH zegt iets over de ionenbalans, terwijl moleculaire waterstof (H2) een opgelost gas is dat zich onafhankelijk van die balans gedraagt. Een fles kan de hoeveelheid opgelost H2 aanzienlijk verhogen en de ionenbalans, en daarmee de pH, toch ongeveer gelijk houden. Of dat daadwerkelijk gebeurt, hangt af van de manier waarop de elektrolyse in het apparaat is ontworpen. Dat mechanisme bekijken we hierna.

Waarom alkalisch water en waterstofwater vaak door elkaar worden gehaald

Die verwarring heeft een concrete historische achtergrond. Alkalische waterionisatoren gebruiken elektrolyse met een ionenwisselmembraan dat speciaal is ontworpen om het binnenkomende water in twee afzonderlijke stromen te splitsen: een zuurdere en een alkalischere. De alkalische stroom wordt naar de kraan geleid om te drinken (bron: Alkalisch water, Wikipedia). Bij diezelfde elektrolysereactie ontstaat aan de kathode ook wat waterstofgas als bijproduct. Jarenlang werden effecten die in vroeg onderzoek naar waterstof werden waargenomen, toegeschreven aan de verhoogde alkaliteit van het water, omdat ionisatoren uitdrukkelijk werden aangeprezen vanwege die eigenschap. Naarmate het onderzoek naar moleculaire waterstof zich verder ontwikkelde, werden steeds meer van die effecten toegeschreven aan het toevallig gevormde H2-gas in plaats van aan de pH-verschuiving zelf. Het drinken van alkalisch water verandert namelijk de interne pH van het lichaam niet; die blijft nauw gereguleerd, ongeacht wat je drinkt (ook volgens de bovenstaande samenvatting van Wikipedia). Die geschiedenis verklaart rechtstreeks waarom soms wordt aangenomen dat een waterstoffles op dezelfde manier werkt als een alkalische ionisator: beide producten gebruiken hetzelfde proces, elektrolyse, maar zijn niet ontworpen om daar hetzelfde mee te doen.

Waarvoor is een alkalische ionisator eigenlijk ontworpen?

Het membraan van een ionisator is bedoeld om het water met opzet in twee stromen te scheiden. Dat is het volledige ontwerpdoel, en de hogere pH van de alkalische stroom, vaak aangeprezen als een pH-waarde tussen 8 en 10, is het belangrijkste verkoopargument van het product. Een waterstoffles heeft vanaf het begin een andere functie. Daarin zit het verschil in het werkingsmechanisme.

Wat SPE/PEM-elektrolyse anders doet

In een SPE/PEM-waterstoffles (solid polymer electrolyte / proton exchange membrane) doet het membraan iets beperkters dan het membraan van een ionisator. Het bevindt zich tussen twee elektroden en laat alleen protonen door. Het zuurstofgas dat aan de anode ontstaat, samen met eventuele sporen van ozon- of chloorbijproducten, wordt via een afzonderlijke opening afgevoerd en mengt zich dus niet opnieuw met het water dat je drinkt (lees de uitgebreide uitleg over SPE/PEM-elektrolyse voor meer informatie over het mechanisme). De Hydrion Core gebruikt bijvoorbeeld platinumelektroden met dit protonenwisselontwerp, zodat het water één doorlopende stroom blijft waaraan alleen opgelost waterstofgas wordt toegevoegd. Het wordt dus niet gesplitst in de twee afzonderlijke zure en alkalische stromen die een ionisator produceert.

Die scheiding is ook belangrijk voor de afvoer van bijproducten, en niet alleen voor de pH. Bij een apparaat zonder goed membraan, of met een slechte afdichting eromheen, kunnen sommige van die af te voeren bijproducten terug in het water terechtkomen in plaats van te ontsnappen. Dat is een aandachtspunt voor de zuiverheid, los van de pH-vraag die dit artikel beantwoordt. Een fles kan een pH-test doorstaan en toch nader onderzoek verdienen naar hoe goed de bijproductgassen worden gescheiden. Dat is een afzonderlijk ontwerpaspect dat hier niet wordt behandeld.

Gemeten pH: wat laten tests zien?

Een beschrijving van het mechanisme vertelt maar een deel van het verhaal. Daarom is het nuttig om naar een echte meting te kijken, in plaats van iets zomaar aan te nemen. Onafhankelijke laboratoriumtests van de Hydrion Core maten het bronwater vóór de toevoeging van waterstof op pH 6,28 en het uiteindelijke water daarna op pH 6,33: een verschil van ongeveer 0,05 pH-eenheid. Dat is klein genoeg om binnen de normale variatie te vallen die je tussen twee afzonderlijke testrondes met hetzelfde water zou verwachten. De pH blijft duidelijk aan de licht zure kant van neutraal, in plaats van te verschuiven naar het alkalische bereik waarvoor een ionisator is ontworpen. Ter vergelijking: alkalische ionisatoren worden doorgaans aangeprezen met een pH-waarde tussen 8 en 10. Zo'n daadwerkelijke pH-verschuiving zou dus makkelijk te meten en te zien zijn; een verschil van 0,05 eenheid is dat niet.

Dit resultaat geldt specifiek voor de Hydrion Core en voor de testomstandigheden die het laboratorium heeft vermeld, niet voor elke waterstoffles op de markt. Een apparaat met kale elektroden die rechtstreeks in het water zitten in plaats van een protonenwisselmembraan, of een apparaat met een beschadigde afdichting, kan zich anders gedragen. Dat verschil zou dan wijzen op een probleem met de zuiverheid of de bijproducten, niet op bewijs dat waterstofwater in het algemeen de pH verhoogt. Wil je de cijfers van een specifiek product controleren in plaats van een algemene claim voor de hele productcategorie te geloven? Deze gids over het meten van waterstof in water legt uit welke hulpmiddelen een echte meting geven.

Waarom pH hier niet de belangrijkste waarde is

De werkzame molecule in waterstofwater is opgelost H2-gas. De hoeveelheid wordt doorgaans uitgedrukt in parts per billion (PPB) of milligram per liter. Die concentratie bepaalt hoeveel waterstof het water daadwerkelijk bevat, los van de pH. Het lichaam neemt opgelost H2 als gas op, ongeacht of het water waarin het zat een pH van 6,3 of 7,1 had. Een kleine afwijking in de pH-waarde vertelt je dus niet of een fles doet waarvoor die bedoeld is. Wil je liever meer weten over de berekening van de concentratie dan over de pH? Deze uitleg over PPB versus PPM behandelt welk niveau doorgaans wordt nagestreefd en waarom.

Het helpt ook om de pH van het water in perspectief te plaatsen ten opzichte van de chemie van het lichaam: maagzuur heeft een pH van ongeveer 1,5 tot 3,5 en is daarmee veel zuurder dan drinkwater dat je zou doorslikken. Een klein pH-verschil in het glas is dus geen betekenisvol grote factor zodra het water in je maag terechtkomt. Sommige verkopers noemen ORP-metingen (oxidatie-reductiepotentiaal) als snelle indicatie van ‘hoeveel waterstof er in dit water zit’, maar ORP is zelf gevoelig voor zowel de pH als het gehalte aan opgeloste mineralen. Een negatieve ORP-waarde is daarom hooguit een ruwe aanwijzing voor de richting, geen nauwkeurige meting van de pH of de H2-concentratie. Houd bij het beoordelen van het ORP-getal van een apparaat rekening met dat voorbehoud en beschouw het niet als bewijs van iets specifieks.

Waar je in plaats van de pH op kunt letten

Als je een waterstoffles beoordeelt, zegt de pH-waarde op zichzelf maar weinig. Een nuttiger vertrekpunt is de elektrolysemethode die de fabrikant vermeldt: bij een SPE/PEM-ontwerp met een gespecificeerd membraan en elektrodemateriaal heb je concrete informatie die je kunt controleren. Een productvermelding die alleen spreekt van ‘geïoniseerd’ of ‘alkalisch waterstofwater’ zonder het mechanisme te beschrijven, verdient een kritische blik, want die twee processen produceren wezenlijk verschillend water. Kijk vervolgens naar concentratiegegevens van tests door derden of verificatie met een gaschromatograaf, in plaats van alleen naar een PPB-getal uit de marketing. Dat geldt ook voor de hierboven genoemde cijfers van de Hydrion Core: die kwamen van een extern laboratorium, niet uit een claim van de fabrikant zelf. Een vermelde pH-waarde kun je beter zien als een aanwijzing voor zuiverheid en consistentie: bronwater en geproduceerd water met een vergelijkbare pH passen bij een goed afgedicht membraan. Het is geen gezondheidsclaim, in welke richting dan ook.

De Hydrion Core-waterstoffles is het apparaat waarvan de pH-meetgegevens in dit artikel afkomstig zijn. De fles is gebaseerd op het hierboven beschreven PEM-elektrodeontwerp en is getest door een onafhankelijk laboratorium; de informatie komt dus niet alleen uit marketingmateriaal. Wil je een bredere vergelijking tussen waterstofwater en alkalisch water als productcategorieën, inclusief de geschiedenis van de gezondheidsclaims die de verwarring heeft veroorzaakt? Deze vergelijkende gids gaat daar dieper op in. En als je hierna de meetnauwkeurigheid van verschillende meters en apparaten wilt vergelijken, bekijkt de binnenkort te verschijnen vergelijking van meters voor opgelost waterstof specifiek welke hulpmiddelen betrouwbaar zijn.