A água hidrogenada é inflamável? Os pequenos volumes de gás nas garrafas, explicados

Uma garrafa de água hidrogenada utiliza eletrólise para adicionar hidrogénio gasoso dissolvido à água, e o hidrogénio gasoso é realmente inflamável, por isso a preocupação não é descabida à primeira vista. Na prática, o que importa é uma questão mais específica: quanto hidrogénio gasoso uma garrafa produz realmente e se essa quantidade, quando a garrafa é utilizada da forma prevista, chega sequer perto da concentração e das condições que a literatura sobre segurança do hidrogénio associa à ignição. Depois de analisar os volumes envolvidos, a resposta passa a ser uma questão de aritmética, não de intuição, e os números ficam muito abaixo do limite que faria de uma garrafa fechada sobre a bancada um risco de incêndio.

• O hidrogénio gasoso misturado com ar só se inflama dentro de um intervalo específico de concentrações, e uma garrafa utilizada corretamente nunca se aproxima do limite inferior desse intervalo.
• O volume de gás produzido por uma garrafa, convertido a partir da concentração dissolvida medida em laboratório, corresponde a cerca de duas colheres de sopa e meia, não ao conteúdo de um depósito.
• Uma explosão requer hidrogénio e um oxidante, como o oxigénio, num espaço confinado; uma garrafa aberta e ventilada, no ar ambiente, não cria esse confinamento.

Porque surge esta dúvida

A resposta curta é que a quantidade minúscula de hidrogénio gasoso gerada por uma garrafa, quando libertada numa divisão aberta da forma prevista para a utilização do produto, não cria uma mistura inflamável. O hidrogénio, enquanto elemento, é inflamável, tal como o gás natural ou os vapores de gasolina, e não vale a pena fingir o contrário. A questão mais útil, e aquela a que este artigo responde, é quanto gás existe num dado momento e que concentração e ambiente seriam necessários para que esse gás pudesse sequer inflamar-se. Enquadrada desta forma, a física deixa de ser um receio que exige uma resposta de sim ou não e passa a ser uma comparação direta entre uma pequena quantidade medida e um limite muito mais elevado.

O que a garrafa faz realmente quando produz hidrogénio

No interior da garrafa, uma célula de eletrólise PEM/SPE separa uma parte das moléculas de água, produzindo hidrogénio dissolvido de um lado da membrana e oxigénio, juntamente com vestígios de ozono, do outro. O mecanismo completo da eletrólise é explicado em pormenor noutro artigo, por isso aqui basta conhecer o resultado: o hidrogénio fica dissolvido na própria água, em vez de se acumular sob a forma de uma bolsa de gás livre. A banda de ventilação automática da Hydrion Core foi concebida tendo em conta essa diferença. Permite que os subprodutos de oxigénio e ozono saiam da câmara, enquanto o hidrogénio permanece dissolvido na água, para que a célula não acumule hidrogénio gasoso num espaço fechado, como aconteceria num depósito pressurizado.

O que é realmente necessário para que algo seja «inflamável»

A investigação sobre segurança do hidrogénio define a inflamabilidade como um intervalo, não como um único ponto de ignição. Segundo os Sandia National Laboratories, o limite inferior de inflamabilidade geralmente aceite para o hidrogénio no ar, no caso de uma chama que se propaga para cima, é de 4% de hidrogénio em volume. Esse limite aumenta para cerca de 8,5–9,5% no caso de chamas que se propagam para baixo ou esfericamente, devido à baixa densidade do hidrogénio (fonte: Limites de inflamabilidade de misturas de hidrogénio e ar, Sandia National Laboratories). O intervalo geral de inflamabilidade vai de cerca de 4% a 74% de hidrogénio no ar. Embora a energia mínima de ignição do hidrogénio seja muito baixa perto do meio desse intervalo, é necessária consideravelmente mais energia para inflamar uma mistura que se encontre exatamente no limite inferior (fonte: Ficha informativa sobre segurança do hidrogénio, Departamento de Energia dos EUA). Para atingir qualquer ponto desse intervalo, também é necessário um oxidante. A mesma ficha informativa do Departamento de Energia indica que não pode ocorrer uma explosão num depósito ou noutro espaço fechado que contenha apenas hidrogénio; também tem de estar presente oxigénio, numa concentração de cerca de 10% de oxigénio puro ou 41% de ar, para que a mistura possa sequer tornar-se explosiva.

Hidrogénio dissolvido na água vs. hidrogénio gasoso livre no ar — porque o LII não se aplica à própria água

O limite inferior de inflamabilidade descreve hidrogénio gasoso misturado com ar, não hidrogénio dissolvido em água líquida. Um copo de água hidrogenada pousado na secretária não é, de todo, uma mistura de gás e ar, por isso o valor de 4% não se aplica até que parte do hidrogénio dissolvido saia efetivamente da água e entre no ar à sua volta. A flutuabilidade, o pequeno tamanho molecular e a elevada difusividade do hidrogénio também fazem com que, quando sai da água, se disperse rapidamente para cima e para fora, em vez de ficar parado num só lugar. Essa é uma das principais razões pelas quais as orientações de segurança do hidrogénio tratam as divisões abertas e ventiladas de forma tão diferente de recipientes fechados ou equipamentos confinados.

As contas: quanto gás liberta realmente uma garrafa

Para calcular honestamente o volume de gás, este exemplo utiliza o valor verificado por um laboratório independente, em vez da especificação comercial. A página do produto Core indica uma produção «até 5000 PPB», mas esse número descreve o máximo declarado pelo vendedor, não uma medição. O relatório de certificação laboratorial independente Hydrion Core & Pulse inclui um teste independente realizado pela H2 Analytics, com cromatografia gasosa e gases de calibração rastreáveis ao NIST, e uma análise de segurança da água realizada pelo SGS Silver State Analytical Laboratory. Esta mediu 9,00–9,14 mg/L de hidrogénio dissolvido ao fim de 20 minutos numa garrafa de 375 mL. Vale a pena assinalar que o volume de teste de 375 mL é diferente da câmara de 300 mL indicada na página de venda do produto; este exemplo utiliza em conjunto o valor e o volume testados, em vez de misturar os dois.

Utilizando o valor medido mais elevado, 9,14 mg/L, em toda a garrafa de 375 mL (0,375 L), obtemos cerca de 3,43 mg de hidrogénio dissolvido no total. A massa molar do hidrogénio é 2,016 g/mol, pelo que 3,43 mg correspondem a cerca de 0,0017 mol. À temperatura e pressão padrão, um mol de qualquer gás ocupa 22,4 litros (fonte: Lei de Avogadro, Chemistry LibreTexts), pelo que 0,0017 mol correspondem a cerca de 38 mililitros de hidrogénio gasoso, ou aproximadamente duas colheres de sopa e meia. Este é um exemplo de cálculo no pior cenário: pressupõe que todas as moléculas de hidrogénio dissolvidas na garrafa saem da água sob a forma de gás ao mesmo tempo, o que não acontece durante a utilização normal, em que o hidrogénio permanece dissolvido e é consumido ao beber a água, em vez de ser libertado todo de uma vez.

Mesmo no pior cenário, com 38 mL, para atingir o limite inferior de inflamabilidade de 4% seria necessário confinar todo esse gás, sem o diluir, num espaço fechado com menos de um litro de ar, uma vez que 38 mL divididos por 4% correspondem a cerca de 950 mL de mistura no total. A comparação é intencionalmente hipotética: descreve um recipiente fechado que contém apenas esse gás e uma pequena bolsa de ar, o que não corresponde à forma como a garrafa é aberta, utilizada ou guardada.

Porque a garrafa não cria essas condições durante a utilização normal

Entre ciclos, utiliza-se uma garrafa de água hidrogenada com a tampa aberta e, durante a eletrólise, fecha-se a tampa por breves instantes, em condições normais de ar ambiente; a garrafa não funciona como um recipiente pressurizado fechado que contém hidrogénio puro. Qualquer hidrogénio que saia da água dispersa-se quase imediatamente para cima, no ar da divisão, em vez de se acumular num local próximo de uma concentração inflamável, pelas mesmas razões de flutuabilidade e difusividade descritas acima. A pressão que por vezes se sente ao abrir a tampa, e o motivo pelo qual a garrafa tem um pequeno orifício de ventilação na base, são questões mecânicas, não preocupações relacionadas com a inflamabilidade. São explicadas separadamente nos artigos sobre porque a garrafa chia ou é difícil de abrir e para que serve o orifício de ventilação na parte inferior.

Utilização normal e sensata

Nada disto altera a forma como deve utilizar ou guardar a garrafa: siga as instruções que acompanham a Hydrion Core e considere o pequeno volume de gás medido acima como contexto, não como motivo para mudar a sua rotina. Também é importante ser rigoroso na formulação da afirmação. O correto é dizer que o volume de gás produzido por uma garrafa, nas concentrações que realmente atinge, fica muito abaixo do necessário para que um recipiente fechado se torne inflamável; não que o hidrogénio dissolvido seja incapaz de arder em todas as circunstâncias. Esta distinção mantém a tranquilização assente nos mesmos números que acabámos de analisar, em vez de recorrer a uma afirmação absoluta que vai além do que as provas permitem. Para uma perspetiva mais ampla sobre efeitos secundários, mitos e segurança em geral, para além da inflamabilidade em particular, consulte o artigo A água hidrogenada é segura?. E, se quiser perceber o que medem realmente os valores PPB indicados nos produtos de água hidrogenada, o artigo PPB vs. PPM na água hidrogenada explica as unidades por trás dos valores laboratoriais utilizados aqui.