Ali je v zraku vodik? Naravne ravni in izhodni pretok naprave za inhalacijo

Da, v zraku, ki ga dihate, je vodik, vendar le v sledovih: molekularni vodik (H₂) predstavlja približno 0,53 delov na milijon atmosfere glede na molski delež, kar pomeni, da je med vsakima dvema milijonoma molekul zraka okoli vas le približno ena molekula H₂ (vir: Vodik – Wikipedia). Ta delež je stabilna osnovna vrednost in se ne spreminja glede na mesto ali dan; hkrati je precej manjši od pretoka plina, ki ga lahko naprava za inhalacijo vodika ustvari na zahtevo. Prav to primerjavo obravnava ta članek.

• Okoljski zrak vsebuje približno 0,53 ppm molekularnega vodika, ki ga uvrščamo med druge pline v sledovih v ozračju, kot so helij, neon, metan in kripton.
• Ta delež ostaja majhen in se sčasoma ne povečuje, ker majhna masa vodiku omogoča, da uide v vesolje hitreje kot težji atmosferski plini.
• Naprava za inhalacijo vodika ne koncentrira vodika, ki je že v zraku v prostoru; z elektrolizo iz vode ustvari nov H₂, zato se njen izhod meri kot pretok (ml/min) in ne kot koncentracija (ppm).

Koliko vodika je dejansko v zraku, ki ga dihate

Zemeljsko ozračje sestavljata skoraj v celoti dušik in kisik, večino preostalega pa argon in ogljikov dioksid. Vodik je prisoten v povsem drugačnem obsegu. Spada v majhno skupino plinov v sledovih, v katero sodijo tudi helij, neon, metan in kripton; vsi so prisotni v tako majhnih količinah, da jih na osnovnem prikazu sestave ni mogoče zaznati (vir: Kaj je v zraku? – UCAR Center for Science Education). Delež molekularnega vodika v tej skupini plinov v sledovih znaša približno 0,53 delov na milijon glede na molski delež. Ta podatek izhaja iz podatkov o sestavi ozračja in ni vezan na nobeno določeno lokacijo ali vremenski vzorec (vir: Vodik – Wikipedia).

Kaj »delov na milijon« pomeni v praksi

Koncentracija, izražena v delih na milijon, opisuje razmerje, ne pa količine, ki bi jo lahko zbrali. Polovica dela na milijon pomeni, da bi bila med dvema milijonoma molekul v vzorcu, če bi jih lahko nekako prešteli, le približno ena molekula H₂; preostalih 1.999.999 bi sestavljali dušik, kisik, argon, vodna para in drugi deli zmesi. Prav zaradi tega razmerja je trditev »v zraku je vodik« hkrati tehnično pravilna in v praksi zavajajoča: ne razlikuje med plinom, ki je prisoten v pomembni količini, in plinom, ki v celotni zmesi predstavlja komaj kaj več kot zaokrožitveno napako.

Zakaj se ta količina v sledovih sčasoma ne povečuje

Razumljivo je, da se vprašamo, zakaj se plin, ki na Zemlji nenehno nastaja, tudi biološko, v geoloških časovnih obdobjih počasi ne kopiči in ga zato ne bi bilo več. Odgovor se skriva v masi. Vodik je najlažji element, njegova majhna masa pa posameznim molekulam H₂ omogoča, da dosežejo ubežno hitrost in iz zgornje atmosfere odletijo v vesolje precej lažje kot težji plini, kot sta dušik ali kisik (vir: Vodik – Wikipedia). Tudi ne gre za počasen, komaj opazen proces: Zemljina eksosfera, najbolj zunanji rob ozračja, nenehno izgublja vodik v vesolje s hitrostjo nekaj kilogramov na sekundo, najvišjo plast ozračja pa skoraj v celoti sestavlja vodik prav zato, ker ta plin najlažje ubeži v vesolje (vir: Zemljino ozračje – Wikipedia).

Če ta dva procesa postavimo drug ob drugega, postane majhna količina vodika v sledovih razumljiva: vodik iz različnih virov vstopa v spodnjo atmosfero približno tako hitro, kot iz zgornje atmosfere odhaja v vesolje. Tako se vzpostavi približno ravnovesje, ki ohranja nizko in stabilno koncentracijo v zraku, namesto da bi se ta iz leta v leto povečevala. Zato se vrednost 0,53 ppm v atmosferski kemiji obravnava kot zanesljiva referenčna vrednost, ne pa kot trenutni podatek, ki bi ga bilo treba posodobiti po vsaki novi meritvi.

Primerjava izhodnega pretoka naprave s količino v zraku

Atmosferski podatek in tehnične specifikacije naprave opisujejo dve različni vrsti meritev, njuno zamenjevanje pa povzroča precejšnjo zmedo. Vsebnost vodika v zraku je koncentracija: delež v ogromnem, v bistvu neomejenem volumnu. Izhodni pretok naprave pa je količina plina, ki se v določeni časovni enoti dovaja v določen, precej manjši prostor – naj gre za sobo ali cevko, ki vodi do nosne kanile. Naprava za inhalacijo vodika Hydrion Zenith je na primer zasnovana prav glede na to drugo vrsto meritve: ima sedem nastavljivih stopenj izhodnega pretoka, od 300 ml/min do 1.800 ml/min, pri vsaki pa je na voljo čisti H₂ ali mešanica H₂+O₂, proizvedena z elektrolizo PEM, z navedeno 99,99-odstotno čistostjo vodika (vir: stran izdelka).

Neposredna primerjava vrednosti v ppm z vrednostjo v ml/min ni povsem ustrezen izračun, saj merita različni stvari. Kljub temu je razlika v obsegu koristna ugotovitev: količina vodika v zraku je tako majhna, da iz običajnega zraka v prostoru ni mogoče pridobiti uporabne količine vodika, zato naprave, kot je ta, sploh ne poskušajo zajeti ali koncentrirati vodika, ki je že v zraku. Namesto tega ga z elektrolizo na novo proizvedejo iz vode, izbrana raven izhodnega pretoka pa nima nobene zveze s tem, koliko vodika je že prisotnega v zraku v prostoru.

Zakaj vodika ne morete preprosto izločiti iz zraka v prostoru

Filter ali koncentrator deluje tako, da iz zmesi izloči želeni plin, ki je v njej že prisoten v uporabni količini, podobno kot koncentrator kisika iz zraka izloči kisik, ki ga je v zraku že približno 21 %. Pri vodiku takšnega izhodišča ni. Ker ga je približno polovica dela na milijon, ga v določeni količini zraka preprosto ni dovolj, da bi ga s filtriranjem pridobili v uporabni količini; za pridobitev že majhne količine bi morali obdelati nepraktično veliko zraka iz prostora. Omeniti velja, zgolj kot ponazoritev obsega in ne kot varnostni izračun, da postane vodik v zraku vnetljiv šele, ko njegova koncentracija doseže približno 4 % prostornine (vir: Varnost vodika – Wikipedia) – to je več deset tisočkrat več od količine v zraku v okolju, kar poudarja, kako daleč je običajni zrak od tega, da bi bil »koncentriran«. Celoten izračun prostornine prostora in prezračevanja za varno uporabo naprave je obravnavan posebej v članku koliko vodika lahko varno vsebuje prezračevan prostor, saj je ta izračun odvisen od velikosti prostora in pretoka zraka, ne pa od količine vodika v zraku, obravnavane tukaj.

Kaj to pomeni, če razmišljate o inhalaciji vodika

Če ste naleteli na trditev, da je »vodik v zraku«, in se vprašali, ali to pomeni, da naprava nekako ni potrebna, je bilo to povsem upravičeno vprašanje. Odgovor je preprosto odvisen od obsega: zrak okoli vas vsebuje molekularni vodik, vendar v tako nizki koncentraciji, da ga ni mogoče uporabiti kot samostojen vir. Naprava za inhalacijo vodika deluje na povsem drugačnem izhodišču: iz vode ustvari nadzorovan, koncentriran pretok plina, namesto da bi črpala vodik v sledovih, ki je že prisoten v prostoru.

Če vam je kemija, ki stoji za tem, nova, je članek kaj je molekularni vodik dober začetek za spoznavanje osnov. Za širši pregled poteka uporabe in tega, kaj lahko pričakujete ob začetku, si preberite vodnik za začetnike o inhalaciji vodika. Če vas zanima, kaj se fiziološko dogaja po vdihavanju vodika, ne le kako se proizvaja, članek kaj telo naredi z vdihanim vodikovim plinom nadaljuje natanko tam, kjer se ta članek konča. Celovit pregled uporabljenih enot, vključno z razliko med ml/min, LPM in PPM, najdete v slovarju izrazov s področja inhalacije vodika.