Zelf waterstofwater maken: veilige methoden versus riskante trucs (waarom elektrolyse met een batterij een slecht idee is)

Als je een video of forumbericht bent tegengekomen waarin een 9-voltbatterij of autoaccu in een glas gezouten water wordt ondergedompeld om "DIY-waterstofwater" te maken, is het eerlijke antwoord dat dit geen veilige manier is om waterstof toe te voegen aan water dat je van plan bent te drinken. Een elektrische stroom door kraanwater laten lopen splitst een deel ervan inderdaad in waterstof en zuurstof, maar gewoon kraanwater bevat bijna altijd chloride, en huishoudelijke draden en batterijen zijn niet voor deze taak gemaakt. Die twee feiten samen maken van een experiment op het aanrecht geen snelle manier om waterstofwater te maken, maar een bron van chloorgas en een niet-geventileerd, ontvlambaar gasmengsel.

• Door stroom door water te leiden kan waterstof vrijkomen, maar het chloride dat al in kraanwater zit (en in eventueel toegevoegd zout) reageert bij de positieve elektrode doorgaans eerder dan zuurstof, waardoor chloor ontstaat.
• Gewone elektrodematerialen zoals staal, aluminium of koper zijn niet de inerte metalen die in gecontroleerde elektrolyseapparatuur worden gebruikt. Daardoor kan de elektrode zelf aan de reactie deelnemen in plaats van neutraal te blijven.
• Waterstof en zuurstof die samen in de open lucht vrijkomen, kunnen zich ophopen tot een mengsel dat over een ongewoon breed concentratiebereik ontvlambaar blijft. Daarom houdt industriële apparatuur de twee gassen gescheiden en voert ze af.
• Een waterstoftablet op basis van magnesium veroorzaakt dezelfde basisreactie—metaal dat met water reageert—in een omsloten, zelfbegrenzende vorm waarvoor geen elektriciteit, bedrading of toegevoegd zout nodig is.

Waarom mensen met een batterij waterstofwater proberen te maken

De aantrekkingskracht is eenvoudig: een batterij, twee draden en een glas dat je al in huis hebt, lijken een gratis alternatief voor een waterstoffles, -kan of -generator. Bij de meeste versies van deze truc wordt eerst een snufje tafelzout of zuiveringszout aan het water toegevoegd, vanuit de gedachte dat gewoon kraanwater op zichzelf niet goed genoeg elektriciteit geleidt en dat de toegevoegde ionen de stroom sneller laten lopen en de belletjes eerder laten ontstaan. Als je alleen naar de kosten kijkt, klopt die redenering. Wat buiten beschouwing blijft, is wat het toegevoegde zout en het blootliggende metaal chemisch gezien met het water doen. Dat is de vraag die dit artikel beantwoordt, niet of de opstelling goedkoop of makkelijk in elkaar te zetten is.

Wat er werkelijk gebeurt als je stroom door kraanwater laat lopen

Gelijkstroom door water leiden is een echte manier om het te splitsen: bij de negatieve elektrode (de kathode) ontstaat waterstofgas en bij de positieve elektrode (de anode) ontstaat zuurstof (bron: Elektrolyse van water). Dat is echte scheikunde en ook het onderliggende proces achter de SPE/PEM-membranen die worden gebruikt in een goed ontworpen waterstoffles. Het verschil tussen een gecontroleerde fles en een open glas met twee losse draden zit hem in wat er verder in het water aanwezig is en waar de elektroden van zijn gemaakt.

Waarom zout toevoegen het erger maakt, niet beter

Kraanwater en eventueel toegevoegd tafelzout brengen allebei chloride-ionen in, en bij de anode worden die chloride-ionen eerder geoxideerd dan water. Het gas dat daar ontstaat is dus chloor in plaats van zuurstof (bron: Elektrolyse van water). Dit is geen onbeduidende nevenreactie: het is dezelfde chemie die de industrie bewust gebruikt in het chloor-alkaliproces om chloorgas uit zout water te maken. Precies daarom wordt dat proces uitgevoerd in afgesloten cellen die speciaal daarvoor zijn gebouwd, en niet in een open vat (bron: Chloor-alkaliproces). Zout toevoegen aan een DIY-opstelling om het bruisen te versnellen, betekent chemisch gezien dat je het ingrediënt toevoegt dat de vorming van chloor bevordert in plaats van de vorming van zuivere gassen.

Waarom het materiaal van de elektrode ertoe doet

Apparatuur die zuivere waterstof of zuurstof moet produceren, gebruikt inerte elektrodematerialen, zoals platina of een geplatineerde/gecoate titaniumanode. Dat is specifiek omdat die metalen niet reageren met het water of de gassen die worden gevormd (bron: Chloor-alkaliproces). Een stalen paperclip, een strook aluminiumfolie of de polen van een autoaccu zijn dat allemaal niet. Wanneer gewoon metaal in water zit waar een elektrische stroom doorheen loopt, kan het metaal zelf aan de reactie deelnemen en metaalionen aan het water afstaan, boven op het chloor dat de chloride-ionen al hebben geproduceerd. Geen van beide gevolgen is iets wat je op dat moment kunt zien of proeven. Dat is een van de redenen waarom de opstelling er tijdens gebruik onschuldig uitziet.

De twee gevaren die dit oplevert: chloor en een niet-geventileerd gasmengsel

Het eerste gevaar is het chloor zelf. Chloorgas is uiterst gevaarlijk en giftig voor de meeste levende organismen (bron: Chloor). Dat is reden genoeg om een reactie op het aanrecht waarbij het vrijkomt te beschouwen als iets dat je moet stoppen, niet als iets dat je in een gesloten ruimte moet laten doorgaan. Als een glas op het aanrecht een vage chemische geur afgeeft, is dat een teken dat deze reactie plaatsvindt, geen cosmetisch bijverschijnsel dat je kunt negeren.

Het tweede gevaar is het gasmengsel zelf. Waterstof heeft een ongewoon breed ontvlambaarheidsbereik in lucht, ongeveer 4% tot 75% per volume, vergeleken met bijvoorbeeld benzinedamp, die slechts binnen een veel smaller bereik ontvlambaar is (bron: Veiligheid van waterstof). Industriële elektrolyseapparatuur is precies om deze reden ontworpen om waterstof en zuurstof fysiek gescheiden te houden en af te voeren: in 1975 vond een gedocumenteerd incident plaats toen waterstof in een zuurstofleiding lekte nadat een elektrolysecel defect was geraakt, waardoor de twee gassen met elkaar konden mengen (bron: Veiligheid van waterstof). In een open glas met twee erin gestoken draden stijgen beide gassen samen rechtstreeks op in de omringende lucht. Dat is wezenlijk anders dan een afgesloten apparaat dat rond dezelfde onderliggende chemie is ontworpen.

Hoe een waterstoftablet dezelfde basischemie veilig toepast

Een waterstoftablet op basis van magnesium berust op dezelfde soort reactie—metaal dat met water reageert—maar pakt het van de andere kant aan. Magnesiummetaal reageert met water en vormt magnesiumhydroxide en waterstofgas. De reactie begrenst zichzelf, omdat het gevormde magnesiumhydroxide zich ophoopt op het oppervlak van het metaal en de verdere reactie geleidelijk afremt (bron: Magnesium). De eigen chemie van de tablet drijft het hele proces aan: het draait op de reactie tussen het metaal en het water waarin de tablet wordt gedaan, en die reactie neemt vanzelf af naarmate die oppervlaktelaag zich opbouwt.

In de Hydrion H2-tablet is het magnesium specifiek gecombineerd met appelzuur en wijnsteenzuur. Die bepalen hoe snel de tablet oplost zodra deze in een glas water gaat. In de gebruiksaanwijzing van het product staat dat je één tablet in 500 ml water doet, zonder iets anders toe te voegen. Wil je precies weten wat er in zo'n tablet zit en waarom, dan bespreekt deze uitleg over wat er werkelijk in waterstoftabletten zit de ingrediënten uitgebreider. Deze uitleg over wat "8 PPM" werkelijk betekent behandelt wat het getal op het etiket precies meet. Voor informatie over de dosering en het dagelijks gebruik van tabletten, in plaats van over de chemie, is de speciale tablettengids nuttiger. Het belangrijke onderscheid is hier niet de slogan "tablet goed, batterij slecht", maar dat een vervaardigd product voor één specifiek doel, dat is ontworpen voor contact met drinkwater, zich voorspelbaar gedraagt, terwijl een batterij en een paar draden die voor een heel andere taak worden hergebruikt dat niet doen.

Een snelle manier om een veilige methode van een riskante te onderscheiden

Dezelfde vier vragen zijn ook op veel meer van toepassing dan alleen deze vergelijking. Het is de moeite waard ze in gedachten te houden wanneer je online een nieuwe manier tegenkomt om zelf waterstofwater te maken:

• Is de reactie afgesloten of omsloten, of vindt ze plaats in een open glas met blootliggend metaal in het water?
• Heeft de methode een externe stroombron en bedrading nodig, of werkt ze op basis van haar eigen chemie zodra je water toevoegt?
• Is het voorwerp ontworpen en getest voor contact met drinkwater, of wordt het hergebruikt voor iets anders, zoals een batterij, startkabels of een telefoonoplader?
• Moet je volgens de methode zout of een ander toevoegsel gebruiken om het "sneller te laten werken"? Dat is vaak een teken dat een ongewenste nevenreactie wordt bevorderd, en niet een nuttige.

Leg elk idee om zelf waterstofwater te maken eerst langs die vier vragen voordat je het uitprobeert. Beoordeel het niet op de kosten of op hoe overtuigend de belletjes eruitzien. Deze vergelijking naast elkaar van de legitieme methoden—tabletten, magnesiumsticks, flessen, kannen en apparaten—is de juiste plek als je probeert te bepalen welke optie bij je routine past, nadat je hebt besloten geen circuit in elkaar te knutselen.

Dit betekent niet dat je op je hoede moet zijn voor waterstofwater zelf; het betekent dat de methode met batterij en draden de verkeerde manier is om het te maken. Als je eigenlijk wilt weten of waterstofwater veilig is om te drinken nadat het op de juiste manier is geproduceerd, in plaats van meer te willen weten over deze specifieke DIY-methode, dan behandelt de gids over de veiligheid van waterstofwater dat onderwerp apart. Als je net hebt gelezen waarom een geïmproviseerd circuit niet het juiste hulpmiddel is voor deze klus, is een tablet die dezelfde reactie tussen magnesium en water in een gesloten vorm voor één specifiek doel laat plaatsvinden de meest logische volgende stap, omdat je daarbij helemaal geen rekening hoeft te houden met bedrading of elektroden.