Kun je thuis waterstofgas maken om te inhaleren? Waarom doe-het-zelf-elektrolysekits een slecht idee zijn

Als je een DIY-video over ‘HHO’ of elektrolyse van zout water hebt bekeken en je je afvroeg of je dezelfde opstelling met een pot en draden zou kunnen aansluiten op een neuscanule voor een waterstofinhalatiesessie, is het directe antwoord nee: een eenvoudige elektrolysecel produceert geen gasstroom die veilig of geschikt is om in te ademen. Dat heeft niets te maken met hoe krachtig de batterij is of hoeveel bellen er van de elektroden afkomen. Wat bepaalt of de output geschikt is om in te ademen, is de elektrolyt die wordt toegevoegd om gewoon water elektriciteit te laten geleiden, en het fysieke gedrag van waterstof zodra die de cel verlaat. Beide factoren werken een open, geïmproviseerde opstelling op manieren tegen die een afgesloten apparaat dat speciaal hiervoor is ontworpen juist moet voorkomen.

• Gewoon water geleidt elektriciteit nauwelijks, dus voegen DIY-kits zout of loog toe aan het water. Dat toevoegmiddel komt in de gasstroom terecht; het helpt dus niet alleen bij de stroomgeleiding.
• In een zoutwatercel ontstaat naast waterstof ook chloorgas als voorspelbaar chemisch resultaat, niet als een incidentele storing.
• Bij een cel op basis van loog wordt chloor vermeden, maar werk je in plaats daarvan met een sterk bijtende oplossing: het ene gevaar maakt plaats voor het andere.
• Waterstof zelf is al bij zeer lage ontstekingsenergieën brandbaar, ongeacht welke elektrolyt is gebruikt om het te produceren.
• Een PEM-machine (met protonenuitwisselingsmembraan) pakt deze problemen structureel aan door de gasstromen in een afgesloten cel van elkaar gescheiden te houden en gezuiverd water te gebruiken in plaats van zout of loog.

Waar een elektrolysekit voor thuis water precies in splitst

Bij eenvoudige elektrolyse wordt elektrische stroom gebruikt om water bij twee elektroden te splitsen: aan de ene elektrode verzamelt zich waterstof, aan de andere zuurstof. Dat is echte chemie en inderdaad eenvoudig. De complicatie is dat zuiver water elektriciteit slecht geleidt. Een cel met alleen gewoon water trekt daardoor heel weinig stroom en produceert maar langzaam gas. Precies daarom voegen mensen in DIY- en HHO-video’s keukenzout of een oplossing van loog (natrium- of kaliumhydroxide) aan het water toe voordat ze de stroom inschakelen: de opgeloste ionen geleiden de stroom en versnellen de reactie aanzienlijk.

Dat gemak heeft een keerzijde waar de video’s zelden bij stilstaan. Zodra er een elektrolyt in het water zit, splitsen de elektroden niet langer alleen H₂O. Ze reageren ook met de ionen die door de elektrolyt zijn toegevoegd, en wat er van de elektroden afkomt, hangt af van de gekozen elektrolyt. De vraag die je jezelf moet stellen voordat je iets naar je gezicht leidt, is niet ‘produceert dit waterstof?’, want dat doet het, maar ‘wat produceert het naast waterstof?’

Waarom een zoutwatercel chloor produceert, en niet alleen waterstof

Wanneer de elektrolyt gewoon keukenzout (natriumchloride) is, verloopt de chemie op een specifieke en goed gedocumenteerde manier. Bij de anode worden chloride-ionen geoxideerd tot chloorgas, in plaats van dat het water zelf wordt geoxideerd tot zuurstof. Tegelijkertijd ontstaan aan de kathode, net als voorheen, waterstof en hydroxide-ionen (bron: Chloor-alkaliproces, Wikipedia). Dit is dezelfde chloor-alkalireactie die industriële installaties doelbewust gebruiken om chloor en natriumhydroxide te produceren, maar hier gebeurt dat per ongeluk in een pot. Een zoutwater-elektrolysecel is dus een reactor die drie producten oplevert: waterstof, chloor en opgelost natriumhydroxide. Een afzonderlijke samenvatting van het proces beschrijft traditionele elektrolyse van zout water als een proces waarbij ‘giftig en bijtend chloor’ rechtstreeks als bijproduct ontstaat, in tegenstelling tot elektrolyse met zuiver of gedeïoniseerd water (bron: Elektrolyse van water, Wikipedia).

Chloor is geen spoorverontreiniging die je redelijkerwijs kunt negeren. Grenswaarden voor beroepsmatige blootstelling beschouwen chloor al bij fracties van een deeltje per miljoen als gevaarlijk: het Amerikaanse National Institute for Occupational Safety and Health stelt een grenswaarde van 0,5 ppm voor 15 minuten vast, de grenswaarde van OSHA is 1 ppm en 10 ppm wordt geclassificeerd als onmiddellijk gevaarlijk voor leven of gezondheid (bron: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Bij een borrelende pot zout water op keukentafelspanning is er geen manier om te meten of te controleren hoeveel chloor zich mengt met het gas dat vrijkomt, en geen canulefilter kan die onzekerheid omzetten in een bekende, veilige hoeveelheid.

Wat het inademen van chloorgas doet met de ogen, neus en longen

Zelfs een korte blootstelling veroorzaakt een branderig gevoel in de ogen, neus, mond en keel, samen met hoesten. Bij een hogere blootstelling kan longoedeem ontstaan: vochtophoping in de longen, een medisch noodgeval (bron: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Daarvoor is geen groot lek nodig. Het enige wat nodig is, is een keuze voor een elektrolyt die nooit bedoeld was voor iets wat iemand rechtstreeks inademt.

Waarom een opstelling met loog het chloorrisico wegneemt, maar een eigen risico toevoegt

Bij sommige DIY-opstellingen wordt zout vervangen door een geconcentreerde oplossing van kalium- of natriumhydroxide, vaak met een concentratie van 25 tot 40 procent op gewichtsbasis (bron: Elektrolyse van water, Wikipedia). Omdat hier hydroxide en niet chloride het ion is dat de stroom geleidt, produceert deze versie geen chloorgas. Het is belangrijk daar precies over te zijn en loog niet simpelweg als een vagere versie van hetzelfde probleem te behandelen: de chemie is echt anders.

Wat niet verdwijnt, is de elektrolyt zelf. Een oplossing met zo’n hoge concentratie is sterk bijtend, van dezelfde chemische categorie als gootsteenontstopper, en tast bij contact de huid, ogen en slijmvliezen aan. In een open of geïmproviseerde cel kunnen druppeltjes of nevel samen met de waterstof in de gasleiding terechtkomen. Zo wordt een chemisch risico een risico bij inademing en contact, precies op de plek waar het gas iemands neus moet bereiken. Zout vervangen door loog ruilt een probleem met giftig gas in voor een probleem bij het omgaan met bijtende stoffen; het levert geen opstelling op waaruit je gewoon veilig kunt inademen.

Het eigen brand- en explosiegevaar van waterstof, los van de elektrolyt

Zelfs een cel die zowel chloor als het meekomen van bijtende stoffen op de een of andere manier zou vermijden, zou nog steeds waterstof produceren. En waterstof brengt problemen met zich mee die niets te maken hebben met de elektrolyt waarmee het is gemaakt. Het ontvlambare menggebied in lucht loopt van ongeveer 4 tot 75 procent per volume, met een smaller detonatiegebied van ongeveer 18,3 tot 59 procent. In de praktijk kan er ook buiten die nominale waarden ontbranding plaatsvinden zodra er turbulentie optreedt (bron: Veiligheid van waterstof, Wikipedia). Dat is een uitzonderlijk breed bereik vergeleken met de meeste brandbare gassen, wat betekent dat de kans groter is dat een onbedoeld mengsel binnen dat bereik valt.

Waterstof ontbrandt ook gemakkelijk: de minimale ontstekingsenergie is ongeveer 0,02 millijoule, een van de laagste van alle bekende stoffen en ongeveer een tiende van wat een benzine-luchtmengsel nodig heeft (bron: Veiligheid van waterstof, Wikipedia). Een statische ontlading of een vonk die te klein is om op te merken, is al voldoende. Tel daarbij op dat waterstof lichter is dan lucht en zich bij plafonds en onder overstekken verzamelt in plaats van naar beneden te verspreiden, en dat een lek dat in een afgesloten ruimte ontbrandt eerder een explosie dan een afgebakende vlam veroorzaakt (bron: Veiligheid van waterstof, Wikipedia), en het beeld wordt duidelijk: een open elektrolysecel die onbeheerd in een slaapkamer of badkamer draait, produceert een gas waarbij de foutmarge echt klein is, boven op alles wat de elektrolyt zelf heeft bijgedragen.

Wat een PEM-machine anders doet

Een cel met protonenuitwisselingsmembraan (PEM) pakt de problemen met chloor, bijtende stoffen en ongecontroleerde vermenging tegelijk aan, dankzij het ontwerp en niet door toeval. Het membraan geleidt protonen en fungeert tegelijk fysiek als isolator en barrière tussen de reactanten. Daardoor ontstaan waterstof en zuurstof aan afzonderlijke zijden van het membraan, in plaats van samen omhoog te borrelen in één open reservoir (bron: Elektrolyse van water, Wikipedia). Omdat het membraan zelf gevoelig is voor opgeloste ionen, zijn PEM-systemen ontworpen om op schoon, ontzilt toevoerwater te werken in plaats van op zout water of loog. Vreemde ionen tasten het membraan aan in plaats van alleen een bijproduct toe te voegen. Daarom is ontzilt water voor PEM-elektrolysers in de praktijk noodzakelijk, en niet slechts een voorkeur (bron: Elektrolyse van water, Wikipedia).

Dat is het mechanisme achter apparaten zoals de Hydrion Zenith waterstofinhalatiemachine. De eigen productvermelding noemt een waterstofzuiverheid van 99,99 procent, PEM-elektrolyse met een met platina bekleed protonenmembraan, een vereiste voor gedistilleerd of gezuiverd water met minder dan 3 ppm totaal opgeloste stoffen en een instelbaar debiet van 300 tot 1.800 ml/min met zeven debietinstellingen. Dat zijn de specificaties van de fabrikant zelf en geen onafhankelijke laboratoriumtests. Toch gaat het om hetzelfde soort informatie dat op het specificatieblad van elk apparaat staat, en het vormt een rechtstreeks contrast met een open cel die oplevert wat een ongecontroleerde reactie toevallig produceert.

Wil je meer weten over de werking van membraantechnologie in het algemeen? Onze uitleg over PEM-elektrolyse in waterstofflessen behandelt hetzelfde scheidingsprincipe op kleinere schaal, en het artikel over waarom de membraankwaliteit de kwaliteit van de output bepaalt legt uit waarom een open cel niet kan evenaren waarvoor een afgesloten membraansysteem is ontworpen.

Waarom ‘het is technisch gezien waterstof’ niet hetzelfde is als ‘geschikt om in te ademen’

Een gasstroom uit een pot zout water of loog kan waterstof bevatten, maar kan ook sporen van chloor, bijtende nevel of een niet-gemeten mengsel van waterstof en zuurstof meevoeren dat niemand heeft gecontroleerd voordat het een slang bereikte. Dat is fundamenteel iets anders dan een output met een vermelde zuiverheid, geproduceerd door apparatuur die is ontworpen om precies die problemen te voorkomen. De echte keuze is hier niet ‘DIY’ tegenover ‘gekocht in een winkel’ als kwestie van voorkeur; het gaat om het verschil tussen binnenshuis een klein chemisch experiment improviseren en apparatuur gebruiken die is gespecificeerd, door de fabrikant getest en ontworpen voor één taak: een gas dat geschikt is om in te ademen met een bekend debiet produceren.

Dat gezegd hebbende: specificaties vervangen je gezond verstand niet. Een waterstofdetector voor thuis en redelijke aandacht voor ventilatie blijven verstandige voorzorgsmaatregelen bij alle waterstofapparatuur, zelfgemaakt of commercieel, juist omdat het ontvlambaarheidsprofiel van waterstof niet verandert afhankelijk van waar het gas vandaan komt. Wil je weten hoe detectoren en ventilatieberekeningen echt werken, in plaats van op algemene voorzichtigheid te vertrouwen? Ons artikel over de werking van waterstofdetectorsensoren en onze uitleg over ventilatiegrenzen op basis van het kamervolume gaan in op de details. En als je de veiligheidsvraag achter je hebt gelaten en afweegt welk speciaal hiervoor ontworpen apparaat bij jouw situatie past, is onze vergelijking van de Zenith en Titan de logische volgende stap. Voor de bredere basis over wat waterstofinhalatie inhoudt, voordat je aan dit alles begint, is onze beginnersgids voor waterstofinhalatietherapie een goed startpunt.

Dit artikel legt uit wat elektrolyse thuis daadwerkelijk produceert; het is geen handleiding om iets te bouwen, en niets hierin mag worden opgevat als instructies voor het monteren of gebruiken van een DIY-gasc el.