Ali lahko doma izdelate vodikov plin za inhalacijo? Zakaj so domači elektrolizni kompleti slaba ideja
Če ste si ogledali videoposnetek o domači elektrolizi »HHO« ali slane vode in se spraševali, ali bi lahko isti kozarec z žicami priključili na nosno kanilo za inhalacijo vodika, je neposreden odgovor ne: osnovna elektrolizna celica ne proizvaja plinskega toka, ki bi bil varen ali primeren za dihanje, razlogi za to pa niso povezani z močjo baterije ali številom mehurčkov, ki nastajajo na elektrodah. O tem, ali je izhodni plin primeren za dihanje, v resnici odločata elektrolit, dodan zato, da navadna voda prevaja elektriko, in fizikalno obnašanje vodika, ko zapusti celico. Oba dejavnika delujeta v škodo odprte improvizirane naprave na načine, ki se jim je zatesnjena naprava, namensko izdelana za ta namen, zasnovana izogniti.
- Navadna voda skoraj ne prevaja elektrike, zato domači kompleti vodi dodajo sol ali lug, ta dodatek pa postane del plinskega toka in ni zgolj pomoč pri prevajanju električnega toka.
- V celici s slano vodo poleg vodika nastaja tudi klor, kar je predvidljiv kemijski izid, ne občasna okvara.
- Celica na osnovi luga se izogne kloru, vendar namesto tega uporablja močno jedko raztopino in tako eno nevarnost zamenja za drugo.
- Vodik je sam po sebi vnetljiv že pri zelo nizki energiji vžiga, ne glede na to, kateri elektrolit je bil uporabljen za njegovo pridobivanje.
- Naprava PEM (s protonsko izmenjevalno membrano) te težave rešuje s svojo zasnovo, saj ločuje plinska tokova v zatesnjeni celici, ki deluje s prečiščeno vodo namesto s soljo ali lugom.
V kaj domači elektrolizni komplet v resnici razcepi vodo
Pri osnovni elektrolizi se električni tok uporabi za razcep vode na dveh elektrodah: na eni se zbira vodik, na drugi pa kisik. Ta del je resnična kemija in je v resnici preprost. Zaplete se pri tem, da čista voda slabo prevaja elektriko, zato skozi celico z navadno vodo samo po sebi teče zelo malo toka in plin proizvaja zelo počasi. Prav zato se v videoposnetkih o domači elektrolizi in HHO vodi pred vklopom napajanja doda kuhinjska sol ali raztopina luga (natrijev ali kalijev hidroksid): raztopljeni ioni prevajajo tok, reakcija pa se močno pospeši.
Ta priročnost pa ima ceno, o kateri se v videoposnetkih le redko govori. Ko je v vodi elektrolit, elektrode ne razcepijo več samo H2O. Reagirajo tudi z ioni, ki jih je vnesel elektrolit, in to, kar se sprošča z elektrod, je odvisno od izbranega elektrolita. Preden karkoli napeljete proti obrazu, se velja vprašati ne »ali pri tem nastaja vodik«, saj nastaja, temveč »kaj poleg vodika še nastaja«.
Zakaj v celici s slano vodo ne nastaja le vodik, temveč tudi klor
Ko je elektrolit navadna kuhinjska sol (natrijev klorid), se kemijska reakcija usmeri v določeno in dobro dokumentirano smer. Na anodi se kloridni ioni oksidirajo v klorov plin, namesto da bi se sama voda oksidirala v kisik, medtem ko na katodi še naprej nastajata vodik in hidroksidni ioni (vir: Kloralkalijski proces, Wikipedia). Gre za isto kloralkalijsko reakcijo, ki jo industrijski obrati namenoma uporabljajo za proizvodnjo klora in natrijevega hidroksida, le da se tu po naključju odvija v kozarcu. Celica za elektrolizo slane vode je torej reaktor s tremi produkti: vodikom, klorom in raztopljenim natrijevim hidroksidom. V ločenem povzetku procesa je tradicionalna elektroliza slane vode opisana kot postopek, pri katerem neposredno nastaja »strupen in jedek klor«, v nasprotju z elektrolizo čiste ali deionizirane vode (vir: Elektroliza vode, Wikipedia).
Klor ni neznatna primes, ki bi jo lahko upravičeno spregledali. Mejne vrednosti poklicne izpostavljenosti ga obravnavajo kot nevarnega že pri koncentracijah, izraženih v delih na milijon: ameriški Nacionalni inštitut za varnost in zdravje pri delu določa 15-minutno mejno vrednost 0,5 ppm, mejna vrednost OSHA je 1 ppm, koncentracija 10 ppm pa je razvrščena kot neposredno nevarna za življenje ali zdravje (vir: Žepni vodnik NIOSH po nevarnostih kemikalij: klor). V kozarcu slane vode, ki brbota pod napetostjo, kakršno najdemo na kuhinjski mizi, ni mogoče izmeriti ali nadzorovati, koliko klora se pomeša s sproščenim plinom, noben filter za kanilo pa te negotovosti ne more spremeniti v znano, varno vrednost.
Kako vdihavanje klorovega plina vpliva na oči, nos in pljuča
Že kratka izpostavljenost povzroči pekoč občutek v očeh, nosu, ustih in žrelu ter kašelj, pri večji izpostavljenosti pa lahko pride do pljučnega edema, kopičenja tekočine v pljučih, ki je nujno zdravstveno stanje (vir: Žepni vodnik NIOSH po nevarnostih kemikalij: klor). Za to ni potrebno večje uhajanje. Dovolj je, da izberete elektrolit, ki nikoli ni bil namenjen uporabi pri nečem, kar človek neposredno vdihava.
Zakaj se pri napravi na osnovi luga izognemo nevarnosti klora, a dodamo drugo nevarnost
V nekaterih domačih izvedbah sol nadomestijo s koncentrirano raztopino kalijevega ali natrijevega hidroksida, pogosto v koncentraciji od 25 do 40 odstotkov glede na maso (vir: Elektroliza vode, Wikipedia). Ker tu tok prevajajo hidroksidni, ne pa kloridni ioni, pri tej različici klorov plin ne nastaja. To je vredno povedati natančno, namesto da bi lug obravnavali zgolj kot nejasno različico iste težave: kemijska reakcija je dejansko drugačna.
Elektrolit sam pa ne izgine. Tako koncentrirana raztopina je močno jedka snov iz iste skupine kemikalij kot čistilo za odtoke in ob stiku poškoduje kožo, oči in sluznice. V odprti ali improvizirani celici lahko kapljice ali meglica skupaj z vodikom zaidejo v plinsko cev, zaradi česar se kemijska nevarnost spremeni v nevarnost pri vdihavanju in stiku prav na mestu, kjer naj bi plin dosegel človekov nos. Če sol zamenjate z lugom, problem strupenega plina zamenjate za težavo pri ravnanju z jedko snovjo; s tem ne dobite naprave, iz katere bi bilo preprosto varno dihati.
Nevarnost požara in eksplozije zaradi samega vodika, neodvisno od elektrolita
Tudi celica, ki bi se nekako izognila kloru in prenosu jedke raztopine, bi še vedno proizvajala vodik, z njegovim ravnanjem pa so povezane težave, ki niso odvisne od uporabljenega elektrolita. Njegovo območje vnetljivosti v zraku sega od približno 4 do 75 odstotkov prostornine, ožje območje detonacije pa od približno 18,3 do 59 odstotkov. V praksi lahko do vžiga pride tudi zunaj teh nominalnih vrednosti, kadar pride do turbulenc (vir: Varnost pri ravnanju z vodikom, Wikipedia). To je nenavadno široko območje v primerjavi z večino vnetljivih plinov, kar pomeni, da obstaja večja možnost, da se naključna mešanica znajde znotraj njega.
Vodik se tudi zlahka vžge: njegova najmanjša energija vžiga je približno 0,02 milijoula, kar je ena najnižjih vrednosti med znanimi snovmi in približno desetina energije, ki jo potrebuje mešanica bencinskih hlapov in zraka (vir: Varnost pri ravnanju z vodikom, Wikipedia). Dovolj je elektrostatična razelektritev ali iskra, ki je premajhna, da bi jo opazili. K temu dodajte še dejstvo, da je vodik lažji od zraka ter se zbira pri stropu in pod previsi, namesto da bi se razpršil navzdol, in da je pri vžigu vodika, ki uhaja v zaprtem prostoru, verjetneje, da pride do eksplozije kot do omejenega plamena (vir: Varnost pri ravnanju z vodikom, Wikipedia). Slika je jasna: odprta elektrolizna celica, ki deluje brez nadzora v spalnici ali kopalnici, proizvaja plin z zares majhno toleranco za napake, poleg vsega, kar je prispeval sam elektrolit.
V čem se naprava PEM razlikuje
Celica s protonsko izmenjevalno membrano (PEM) po zasnovi, ne po naključju, hkrati rešuje težave s klorom, jedko raztopino in nenadzorovanim mešanjem. Membrana prevaja protone, hkrati pa fizično deluje kot izolator in pregrada med reaktanti, zato vodik in kisik nastajata na ločenih straneh membrane, namesto da bi se skupaj nabirala v eni odprti posodi (vir: Elektroliza vode, Wikipedia). Ker je membrana občutljiva na raztopljene ione, so sistemi PEM zasnovani za delovanje s čisto, razsoljeno vodo, ne pa s slano vodo ali lugom. Tuji ioni poškodujejo membrano, namesto da bi zgolj dodali stranski produkt, zato je razsoljena voda za delovanje elektrolizatorjev PEM praktična nujnost, ne pa stvar izbire (vir: Elektroliza vode, Wikipedia).
To je mehanizem, ki ga uporabljajo naprave, kot je Naprava za inhalacijo vodika Hydrion Zenith. V opisu izdelka je navedena čistost vodika 99,99 odstotka, elektroliza PEM s protonsko membrano, prevlečeno s platino, zahteva po destilirani ali prečiščeni vodi s skupno vsebnostjo raztopljenih snovi pod 3 ppm ter nastavljiv izhodni pretok od 300 do 1.800 ml/min v sedmih nastavitvah pretoka. To so specifikacije proizvajalca, ne rezultati neodvisnega laboratorijskega testiranja, vendar gre še vedno za enako vrsto podatkov, kot jih vsebuje tehnični list katere koli opreme, in so v neposrednem nasprotju z odprto celico, ki proizvede karkoli, kar nastane pri nenadzorovani reakciji.
Če želite izvedeti več o delovanju membranske tehnologije na splošno, naš članek o elektrolizi PEM v steklenicah za vodikovo vodo obravnava isto načelo ločevanja v manjšem merilu, članek o tem, zakaj kakovost membrane določa kakovost izhodnega plina pa pojasnjuje, zakaj odprta celica ne more doseči tega, za kar je zasnovan zatesnjen membranski sistem.
Zakaj »tehnično gledano je to vodik« ne pomeni »primeren je za dihanje«
Plinski tok iz kozarca slane vode ali luga lahko vsebuje vodik, lahko pa vsebuje tudi sledi klora, jedko meglico ali neizmerjeno mešanico vodika in kisika, ki je nihče ni preveril, preden je dosegla cev. To se bistveno razlikuje od izhodnega plina z navedeno vrednostjo čistosti, ki ga proizvaja oprema, zasnovana tako, da preprečuje prav te težave. Prava izbira tu ni stvar preference med »doma narejeno« in »kupljeno«; gre za izbiro med improviziranim kemijskim poskusom v zaprtem prostoru in uporabo opreme z navedenimi specifikacijami, ki jo je preizkusil proizvajalec in je zasnovana z edinim namenom, da proizvaja plin za vdihavanje z znanim pretokom.
Kljub temu specifikacije ne nadomestijo zdrave pameti. Domači detektor vodika in razumna skrb za prezračevanje ostajata smiselna previdnostna ukrepa pri kateri koli opremi za vodik, doma izdelani ali kupljeni, prav zato, ker se lastnosti vnetljivosti vodika ne spremenijo glede na to, od kod plin izvira. Če želite izvedeti, kako detektorji in izračuni prezračevanja dejansko delujejo, namesto da bi se zanašali na splošno previdnost, naš članek o delovanju senzorjev v detektorjih vodika in naša razlaga omejitev prezračevanja glede na prostornino prostora podrobneje obravnavata to tematiko. Če pa ste vprašanje varnosti že razjasnili in se odločate, katera namenska naprava je primerna za vašo postavitev, je naša primerjava naprav Zenith in Titan naravno naslednje branje. Za širši uvod v to, kaj vključuje inhalacija vodika, pa je naš vodnik za začetnike o terapiji z inhalacijo vodika dobro izhodišče.
Ta članek pojasnjuje, kaj v resnici nastaja pri domači elektrolizi; ne gre za navodila za izdelavo česar koli in ničesar v njem ne smete razumeti kot navodila za sestavljanje ali uporabo domače plinske celice.