Zakaj naprave za inhalacijo vodika potrebujejo destilirano ali čisto vodo (razlaga omejitev TDS)

Če je v tehničnih podatkih za vašo Naprava za inhalacijo vodika Hydrion Zenith navedeno »čista voda / destilirana voda (TDS < 3 ppm)«, je ta vrednost pomembna. Označuje mejo med vodo, s katero lahko elektrolizna celica naprave deluje več let, in vodo, ki jo bo počasi zamašila od znotraj. Razlog je v tem, kaj membrana za izmenjavo protonov (PEM) v napravi dejansko počne za proizvodnjo vodikovega plina in kaj se zgodi z minerali, raztopljenimi v običajni vodi iz pipe, ko jih potegne v ta proces.

• Specifikacija navaja številko, ne blagovne znamke vode. Destilirana, deionizirana in voda iz sistema za reverzno osmozo so lahko primerne, če je skupna vsebnost raztopljenih snovi pod mejo, ki jo določa proizvajalec.
• Membrana za učinkovito delovanje potrebuje vodo z nizko vsebnostjo ionov. Raztopljeni minerali iz vode iz pipe ne prehajajo skozi membrano tako kot vodikovi ioni, temveč se nalagajo v celici.
• Obloge se kopičijo. En kozarec vode iz pipe ne bo uničil naprave, toda z večkratnim polnjenjem se obloge kopičijo, podobno kot vodni kamen v grelniku vode.
• Preprost merilnik TDS razjasni vprašanje pri vsakem viru vode, o katerem niste prepričani, zato vam ni treba sklepati po okusu ali bistrosti.

Kaj pomeni »čista voda / destilirana voda (TDS < 3 ppm)« v tehničnih podatkih

V specifikaciji naprave Zenith je zahteva jasno navedena: »Zahteve glede vode: čista voda / destilirana voda (TDS < 3 ppm)«; drugje na strani izdelka je ponovljena kot »Destilirana ali prečiščena voda (TDS pod 3 ppm). To ohranja membrano čisto, vodik pa 99,99-odstotno čist« (vir: stran izdelka Hydrion Zenith). TDS pomeni skupno vsebnost raztopljenih snovi, izraženo v delcih na milijon, in je približen pokazatelj količine mineralnih ionov v vzorcu vode. Destilirana voda iz trgovine, voda, prečiščena z domačim sistemom za reverzno osmozo, ali voda iz deionizacijske kartuše lahko vsebnost znižajo pod mejo 3 ppm. Zato specifikacija navaja »čisto vodo / destilirano vodo«, namesto da bi predpisala eno samo metodo. V praksi s tem izključuje vodo iz pipe, večino ustekleničenih izvirskih ali mineralnih vod ter vodo, filtrirano zgolj z ogljikovim filtrom, saj nobeden od teh postopkov ni namenjen odstranjevanju raztopljenih ionov. Če želite izvedeti, kako deluje odčitek merilnika TDS in kakšna vrednost na splošno velja za dobro pri vodi za gospodinjstvo, je to pojasnjeno v ločenem vodiču o TDS v vodi; ta članek se osredotoča na to, zakaj je meja pri napravi Zenith določena prav pri tej vrednosti.

Zakaj elektroliza PEM posebej potrebuje vodo z nizko vsebnostjo ionov

V napravi Zenith vodikov plin nastaja z elektrolizo PEM, torej z elektrolizo z membrano za izmenjavo protonov: tanka membrana je nameščena med dvema elektrodama, električni tok pa razcepi molekule vode, tako da vodikovi ioni prehajajo skozi membrano z ene strani na drugo, kjer se ponovno združijo v vodikov plin. Membrana je zasnovana posebej za prepuščanje vodikovih ionov, ne pa vsega drugega, kar je morda raztopljeno v vodi. Kadar voda vsebuje mineralne ione in druge nečistoče, kot jih običajno vsebuje voda iz pipe, ti ioni ne prehajajo skozi membrano tako kot vodikovi. Namesto tega se nalagajo na sami celici; v navodilih za elektrolizno opremo je opisano, da to povzroča nepopravljivo škodo: zmanjša uporabno površino membrane, kar pomeni, da enaka električna moč proizvede manj vodika, naprava pa se mora bolj truditi (vir: Zakaj je deionizirana voda pomembna za generatorje vodika). Ko celica na ta način izgublja učinkovitost, porablja več energije in se bolj segreva, da bi poskušala dohajati, zato proizvajalci opreme za vodik, ki temelji na PEM, delovanje z neustrezno kakovostjo vode praviloma obravnavajo kot uporabo zunaj pogojev garancije, ne pa kot manjši spodrsljaj pri vzdrževanju. Širši pregled delovanja membran SPE/PEM v Hydrionovih izdelkih za vodikovo vodo najdete v tej razlagi mehanizma, ki postopek elektrolize obravnava podrobneje, kot je potrebno za ta članek.

Kaj minerali iz vode iz pipe dejansko počnejo v napravi

Mehanizem postane bolj oprijemljiv, ko pogledamo, kaj se zlasti zgodi s kalcijevimi in magnezijevimi ioni iz vode iz pipe, ko se začne elektroliza. Med pretakanjem toka skozi celico se ti ioni na katodi oborijo v obliki hidroksidov in na površini elektrode ustvarijo plast oblog; patent za opremo za elektrolizo vode to neposredno opisuje in navaja, da kalcij in magnezij v vodi iz pipe »na površini katodne plošče tvorita oborino, se spremenita v obloge in povzročita zmanjšanje učinkovitosti elektrolize« (vir: ameriški patent 6.251.259 B1). Na nasprotni elektrodi lahko kloridni ioni, prisotni v večini vode iz pipe, sprožijo ločeno korozijsko reakcijo. Raziskava elektrolize PEM z vodo, onesnaženo z ioni, je pokazala, da zaradi naravno kislih delovnih pogojev membrane kloridni ioni pomenijo večje tveganje za korozijo elektrode prav v sistemih PEM kot pri drugih zasnovah za elektrolizo (vir: Inženiring ionsko selektivnega vmesnika za vzdržljivo elektrolizo nečiste vode). V tej raziskavi so preizkušali elektrolizo pri vodnih pogojih z veliko višjimi koncentracijami ionov, podobnimi tistim v morski vodi, kot so običajne v vodi iz pipe, zato konkretnega časa do okvare ni mogoče neposredno prenesti na gospodinjsko polnjenje naprave Zenith z vodo iz pipe. Prenesemo pa lahko osnovni mehanizem: kalcijevi, magnezijevi in kloridni ioni v običajni vodi v celici PEM aktivno povzročajo obloge in korozijo, namesto da bi v njej ostali neaktivni; več kot jih celica sčasoma obdela, bolj se škoda kopiči.

Zakaj se to razlikuje od priporočil glede vode za steklenico za vodikovo vodo

Steklenica za vodikovo vodo uporablja podobno načelo elektrolize, vendar v veliko manjšem obsegu in le nekaj minut naenkrat, zato priporočila glede kakovosti vode za steklenico niso samodejno enaka tistim za napravo za inhalacijo, ki deluje neprekinjeno, kot je Zenith. Ločen vodič o tem, katera voda je primerna za steklenico za vodikovo vodo pojasnjuje to razliko in dejanske razlike v toleranci do vode iz pipe med tema vrstama naprav; na kratko, specifikacija naprave Zenith zahtevo izrecno navaja, zato ni treba ugibati na podlagi tega, kaj je sprejemljivo pri drugih napravah.

Kako so videti obloge, če so se že pojavile

Če je naprava nekaj časa delovala z vodo iz pipe, se zgoraj opisane mineralne obloge običajno pokažejo kot kredasta, belkasta prevleka na kovinskih površinah, ki so v stiku z vodo, znotraj rezervoarja ali ohišja celice. Po videzu so podobne vodnemu kamnu, ki nastane v grelniku vode, uporabljanem s trdo vodo. Ne sperejo se z enim hitrim potegom krpe, kot bi se prah, saj gre za mineralne obloge, vezane na površino, ne pa za umazanijo, ki bi le ležala na njej. Če opazite takšne obloge, je to znak, da morate v prihodnje preiti na vodo, ki ustreza navedeni vrednosti TDS; v navodilih preverite, ali proizvajalec za takšne obloge predpisuje poseben postopek čiščenja ali odstranjevanja vodnega kamna, saj tega sama specifikacija glede kakovosti vode ne zajema.

Kje dobiti vodo, ki ustreza specifikaciji, in kako jo preveriti

V praksi lahko zahtevano vrednost pod 3 ppm dosežejo tri vrste vode: destilirana voda iz trgovine, voda, obdelana z domačim sistemom za reverzno osmozo, in voda iz namenskega sistema za deionizacijo. Navadna voda iz pipe, filtrirana voda iz pipe ter večina ustekleničenih izvirskih ali mineralnih vod niso primerne, saj nobeden od teh postopkov ni zasnovan tako, da bi raztopljene ione odstranil do te ravni. Če že imate sistem RO ali DI, za potrditev, da voda ustreza zahtevi, običajno zadostuje odčitek njegovega izhodnega toka; če uporabljate kupljeno destilirano vodo ali niste prepričani o svojem filtracijskem sistemu, vam preprost ročni merilnik TDS v nekaj sekundah poda neposreden odčitek, ki je zanesljivejši od ocenjevanja vode po okusu ali bistrosti. Upoštevajte tudi, da z dolivanjem vode iz pipe »samo tokrat« znova vnesete prav tiste ione, ki jih specifikacija želi izločiti. Enkratno dolivanje samo po sebi ne bo zamašilo celice, vendar obloge in korozija, opisane zgoraj, nastanejo zaradi kopičenja pri večkratnem polnjenju, ne zaradi enega kozarca.

Pred naslednjim polnjenjem preverite tehnične podatke ali navodila za svojo napravo, kjer je navedena natančna vrednost TDS, saj imajo tudi drugi Hydrionovi modeli naprav za inhalacijo vodika in generatorjev v svojih specifikacijah določene zahteve glede kakovosti vode, četudi njihova številčna vrednost tukaj ni ponovljena. Če boste poleg naprave uporabljali tudi steklenico za vodikovo vodo, je rutina čiščenja in vsakodnevne uporabe te ločene naprave opisana v tem vodiču za pripravo in vzdrževanje, ki pojasnjuje zahteve v navodilih za samo steklenico.