Je vo vzduchu vodík? Prirodzené množstvo a výkon inhalátora

Áno, vo vzduchu, ktorý dýchate, je prítomný vodík, ale iba v stopovom množstve: molekulárny vodík (H₂) tvorí približne 0,53 časti na milión v atmosfére v molárnom vyjadrení, čo znamená, že z každých dvoch miliónov molekúl vzduchu vo vašom okolí je H₂ iba približne jedna (zdroj: Hydrogen - Wikipedia). Tento podiel je stabilnou hodnotou na pozadí, nie niečím, čo sa výrazne mení od mesta k mestu alebo zo dňa na deň, a je oveľa nižší než prietok plynu, ktorý dokáže vodíkový inhalačný prístroj vytvoriť na požiadanie. Práve toto porovnanie rozoberá tento článok.

• Okolitý vzduch obsahuje približne 0,53 ppm molekulárneho vodíka, ktorý sa zaraďuje medzi ostatné stopové plyny v atmosfére, ako sú hélium, neón, metán a kryptón.
• Tento podiel zostáva nízky a časom nerastie, pretože nízka hmotnosť vodíka mu umožňuje unikať do vesmíru rýchlejšie než ťažším atmosférickým plynom.
• Vodíkový inhalačný prístroj nekoncentruje vodík, ktorý už je vo vzduchu v miestnosti; elektrolýzou vytvára čerstvý H₂ z vody, a preto sa jeho výkon udáva ako prietok (ml/min), nie ako koncentrácia (ppm).

Koľko vodíka sa skutočne nachádza vo vzduchu, ktorý dýchate

Zemskú atmosféru tvoria prevažne dusík a kyslík, pričom väčšinu toho, čo zostáva, tvorí argón a oxid uhličitý. Vodík sa ani zďaleka nevyskytuje v takom množstve. Patrí do malej skupiny stopových plynov, kam patria aj hélium, neón, metán a kryptón, pričom každý z nich je prítomný v takom malom množstve, že sa na základnom grafe zloženia atmosféry ani nezobrazí (zdroj: What's in the Air? - UCAR Center for Science Education). V rámci tejto skupiny stopových plynov je nameraný podiel molekulárneho vodíka približne 0,53 časti na milión v molárnom vyjadrení. Tento údaj vychádza z dát o zložení atmosféry, nie z niečoho, čo by sa týkalo konkrétnej lokality alebo počasia (zdroj: Hydrogen - Wikipedia).

Čo v praxi znamenajú „časti na milión“

Koncentrácia vyjadrená v časticiach na milión opisuje pomer, nie množstvo, ktoré by ste mohli zachytiť. Pol časti na milión znamená, že keby ste nejako dokázali spočítať každú molekulu vo vzorke s dvoma miliónmi molekúl, H₂ by bola iba približne jedna; zvyšných 1 999 999 by tvorili dusík, kyslík, argón, vodná para a ďalšie zložky zmesi. Práve tento pomer spôsobuje, že tvrdenie „vo vzduchu je vodík“ je technicky pravdivé, ale zároveň zavádzajúce z praktického hľadiska: nerozlišuje medzi plynom prítomným vo významnom množstve a plynom, ktorý v celkovej zmesi predstavuje sotva viac než zaokrúhľovaciu odchýlku.

Prečo sa toto stopové množstvo časom nehromadí

Je rozumné zamyslieť sa nad tým, prečo sa plyn, ktorý na Zemi vzniká neustále, a to aj biologickými procesmi, počas geologických období pomaly nehromadí vo väčšom množstve. Odpoveď súvisí s hmotnosťou. Vodík je najľahší prvok a jeho nízka hmotnosť umožňuje jednotlivým molekulám H₂ dosiahnuť únikovú rýchlosť a uniknúť z hornej atmosféry do vesmíru oveľa ľahšie, než by to kedy dokázali ťažšie plyny, ako sú dusík alebo kyslík (zdroj: Hydrogen - Wikipedia). Nejde pritom o pomalý ani zanedbateľný proces: exosféra Zeme, najvzdialenejšia vrstva atmosféry, neustále stráca vodík do vesmíru rýchlosťou rádovo niekoľkých kilogramov za sekundu. Najvrchnejšiu vrstvu atmosféry tvorí takmer výlučne vodík práve preto, že tento plyn dokáže najľahšie uniknúť do vesmíru (zdroj: Atmosphere of Earth - Wikipedia).

Keď tieto dva procesy postavíme vedľa seba, stopové množstvo dáva zmysel: vodík vstupuje do spodnej atmosféry z rôznych zdrojov približne rovnakou rýchlosťou, akou opúšťa hornú atmosféru a uniká do vesmíru. Výsledkom je približná rovnováha, vďaka ktorej zostáva koncentrácia v okolitom vzduchu nízka a stabilná, namiesto toho, aby rok čo rok stúpala. To tiež vysvetľuje, prečo sa hodnota 0,53 ppm považuje za spoľahlivú referenčnú hodnotu v chémii atmosféry, a nie za momentálny údaj, ktorý treba aktualizovať pri každom novom meraní.

Porovnanie prietoku prístroja so stopovým množstvom vo vzduchu

Atmosférický údaj a technické parametre prístroja opisujú dva rôzne typy merania a práve ich zamieňanie je zdrojom mnohých nedorozumení. Obsah vodíka v okolitom vzduchu je koncentrácia: podiel v obrovskom, v podstate neohraničenom objeme. Výkon prístroja je prietok: množstvo plynu dodané do konkrétneho, oveľa menšieho priestoru za určitú časovú jednotku, či už ide o miestnosť, alebo hadičku vedúcu k nosovej kanyle. Vodíkový inhalačný prístroj Hydrion Zenith je napríklad navrhnutý práve s ohľadom na tento druh údaja: ponúka sedem nastaviteľných úrovní prietoku od 300 ml/min do 1 800 ml/min, pričom každú možno nastaviť na čistý H₂ alebo zmes H₂+O₂, vytváranú elektrolýzou PEM s deklarovanou čistotou vodíka 99,99 % (zdroj: stránka produktu).

Priame porovnanie hodnoty v ppm s hodnotou v ml/min nie je presným výpočtom, pretože ide o rôzne veličiny. Užitočným záverom je však rozdiel v mierke: stopové množstvo vodíka v okolitom vzduchu je také malé, že z bežného vzduchu v miestnosti sa nedá získať žiadne prakticky využiteľné množstvo. Práve preto sa takéto prístroje vôbec nepokúšajú zachytávať ani koncentrovať vodík, ktorý sa už nachádza vo vzduchu. Namiesto toho ho čerstvo vyrábajú z vody elektrolýzou a zvolená úroveň výkonu nijako nesúvisí s tým, koľko vodíka sa už náhodou nachádza vo vzduchu v miestnosti.

Prečo vodík nemožno jednoducho odfiltrovať zo vzduchu v miestnosti

Filter alebo koncentrátor funguje tak, že zo zmesi oddeľuje požadovaný plyn, ktorý je v nej už prítomný v použiteľnom množstve, podobne ako kyslíkový koncentrátor získava kyslík zo vzduchu, ktorý už obsahuje približne 21 % kyslíka. Vodík však takýto východiskový bod nemá. Pri približne pol časti na milión ho v danom objeme vzduchu jednoducho nie je dosť na to, aby sa dal odfiltrovať v zmysluplnom množstve; na získanie čo i len malého množstva by ste museli spracovať neprakticky veľký objem vzduchu v miestnosti. Ako mierka, nie ako bezpečnostný výpočet, stojí za zmienku, že vodík vo vzduchu sa stáva horľavým až vtedy, keď jeho objemová koncentrácia dosiahne približne 4 % (zdroj: Hydrogen safety - Wikipedia) — teda koncentráciu desaťtisícekrát vyššiu než jeho stopové množstvo v okolitom vzduchu. To podčiarkuje, ako ďaleko má bežný vzduch od „koncentrovaného“ vodíka. Úplný výpočet objemu miestnosti a vetrania potrebný na bezpečnú prevádzku prístroja nájdete samostatne v článku koľko vodíka môže bezpečne obsahovať vetraná miestnosť, keďže tento výpočet závisí od veľkosti miestnosti a prúdenia vzduchu, nie od stopového množstva, o ktorom sa hovorí tu.

Čo to znamená, ak zvažujete inhaláciu vodíka

Ak ste narazili na tvrdenie, že „vo vzduchu je vodík“, a uvažovali ste, či to znamená, že prístroj vlastne nie je potrebný, bola to úplne oprávnená otázka. Odpoveď jednoducho spočíva v rozdiele mierky: vzduch vo vašom okolí obsahuje molekulárny vodík, ale v príliš nízkej koncentrácii na to, aby sa dal použiť ako samostatný zdroj. Prístroj určený na inhaláciu vodíka vychádza z úplne iného základu: vytvára kontrolovaný, koncentrovaný prietok plynu z vody namiesto toho, aby využíval stopové množstvo, ktoré sa už nachádza v miestnosti.

Ak je pre vás chémia, o ktorej bola reč, nová, článok čo je vlastne molekulárny vodík vám pomôže doplniť si základné informácie, než budete pokračovať. Širší pohľad na priebeh inhalácie a na to, čo môžete očakávať pri prvých krokoch, prináša sprievodca inhaláciou vodíka pre začiatočníkov. A ak vás zaujíma, čo sa deje v tele po vdýchnutí vodíka, nielen to, ako sa vyrába, článok čo telo robí s vdýchnutým plynným vodíkom nadväzuje presne tam, kde sa tento článok končí. Úplný prehľad používaných jednotiek vrátane rozdielu medzi ml/min, LPM a PPM nájdete v slovníku pojmov o inhalácii vodíka.