Kan man framställa vätgas för inandning hemma? Därför är DIY-elektrolyskit en dålig idé
Om du har sett en DIY-video om ”HHO” eller saltelektrolys och undrat om samma enkla uppställning med en burk och sladdar skulle kunna förse en näsgrimma med gas för en väteinhalationssession, är det direkta svaret nej: en enkel elektrolyscell producerar inte en gasström som är säker eller lämplig att andas in, och skälen har ingenting att göra med hur starkt batteriet är eller hur många bubblor som kommer från elektroderna. Det som faktiskt avgör om gasen som produceras går att andas in är vilken elektrolyt som tillsätts för att få vanligt vatten att leda elektricitet, och hur vätgasen beter sig rent fysiskt när den lämnar cellen. Båda faktorerna talar emot en öppen, improviserad uppställning på sätt som en förseglad maskin som är särskilt byggd för ändamålet är utformad för att undvika.
- Rent vatten leder elektricitet mycket dåligt, så DIY-kit tillsätter salt eller lut i vattnet, och tillsatsen blir en del av gasströmmen – inte bara något som hjälper strömmen att passera.
- En saltlösningscell producerar klorgas tillsammans med vätgas som ett förutsägbart kemiskt resultat, inte som ett tillfälligt fel.
- En cell med lut undviker klor men hanterar i stället en starkt frätande lösning och byter därmed ut en risk mot en annan.
- Vätgas är i sig brandfarlig redan vid mycket låg antändningsenergi, oavsett vilken elektrolyt som användes för att framställa den.
- En PEM-maskin (med protonutbytesmembran) hanterar de här problemen genom sin konstruktion, genom att separera gasströmmarna i en förseglad cell som drivs med renat vatten i stället för salt eller lut.
Vad ett elektrolyskit för hemmabruk faktiskt spjälkar vatten till
Vid enkel elektrolys används elektrisk ström för att spjälka vatten vid två elektroder: vätgas samlas vid den ena och syrgas vid den andra. Den delen är riktig kemi och faktiskt enkel. Komplikationen är att rent vatten leder elektricitet dåligt, så en cell med bara vatten drar mycket lite ström och producerar gas mycket långsamt. Det är just därför DIY- och HHO-videor tillsätter bordssalt eller en lösning av lut (natrium- eller kaliumhydroxid) till vattnet innan strömmen slås på: de lösta jonerna leder strömmen och påskyndar reaktionen markant.
Den bekvämligheten har en kostnad som videorna sällan uppehåller sig vid. När det finns en elektrolyt i vattnet spjälkar elektroderna inte längre bara H2O. De reagerar också med de joner som elektrolyten tillförde, och vad som bildas vid elektroderna beror på vilken elektrolyt som valdes. Frågan som är värd att ställa innan något leds mot ansiktet är inte ”producerar det här vätgas?”, för det gör det, utan ”vad mer producerar det tillsammans med vätgasen?”
Varför en saltlösningscell producerar klor, inte bara vätgas
När elektrolyten är vanligt bordssalt (natriumklorid) går kemin i en specifik och väldokumenterad riktning. Vid anoden oxideras kloridjoner till klorgas i stället för att själva vattnet oxideras till syrgas, medan vätgas och hydroxidjoner fortfarande bildas vid katoden som tidigare (källa: Klor-alkaliprocessen, Wikipedia). Det här är samma klor-alkalireaktion som industrianläggningar avsiktligt använder för att tillverka klor och natriumhydroxid, men här sker den av misstag i en burk. En saltlösningscell för elektrolys är alltså en reaktor med tre produkter: vätgas, klor och löst natriumhydroxid. En separat sammanfattning av processen beskriver traditionell saltlösningselektrolys som en process där ”giftigt och frätande klor” bildas som en direkt biprodukt, till skillnad från elektrolys med rent eller avjoniserat vatten (källa: Vattnets elektrolys, Wikipedia).
Klor är inte en spårförorening som man rimligen kan vifta bort. Gränsvärden för exponering i arbetet klassar ämnet som farligt redan vid bråkdelar av en miljondel: USA:s National Institute for Occupational Safety and Health har fastställt ett gränsvärde på 0,5 ppm under 15 minuter, OSHA:s gränsvärde är 1 ppm och 10 ppm klassas som omedelbart farligt för liv och hälsa (källa: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). En bubblande burk med saltvatten som drivs med spänning vid köksbordet kan inte mäta eller kontrollera hur mycket klor som blandas in i gasen den släpper ut, och det finns inget filter till en näsgrimma som kan omvandla den osäkerheten till en känd, säker nivå.
Vad inandning av klorgas gör med ögon, näsa och lungor
Även kort exponering orsakar sveda i ögon, näsa, mun och hals samt hosta, och vid högre exponering kan lungödem uppstå – vätska samlas då i lungorna, vilket är ett medicinskt nödläge (källa: NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Chlorine). Inget av detta kräver ett stort läckage. Det kräver ett val av elektrolyt som aldrig var avsett för något som en person andas in direkt.
Varför en lösning med lut tar bort klorrisken men tillför en egen risk
I vissa hemmabyggen ersätts saltet med en koncentrerad lösning av kalium- eller natriumhydroxid, ofta i koncentrationer på 25 till 40 viktprocent (källa: Vattnets elektrolys, Wikipedia). Eftersom det är hydroxidjoner, inte kloridjoner, som leder strömmen här bildas ingen klorgas i den här varianten. Det är värt att vara specifik om det i stället för att behandla lut som en mer obestämd variant av samma problem: kemin är verkligen annorlunda.
Men själva elektrolyten försvinner inte. En så koncentrerad lösning är starkt frätande och tillhör samma kemikaliekategori som används i propplösare. Den angriper hud, ögon och slemhinnor vid kontakt. I en öppen eller improviserad cell kan droppar eller dimma följa med in i gasledningen tillsammans med vätgasen, vilket förvandlar en kemisk risk till en risk för inandning och kontakt precis där gasen är tänkt att nå någons näsa. Att byta salt mot lut innebär att man byter ut ett problem med giftig gas mot ett problem med frätande ämnen; resultatet är inte en uppställning som är säker att andas in från.
Vätgasens egen brand- och explosionsrisk, oberoende av elektrolyten
Även en cell som på något sätt undvek både klor och medryckning av frätande ämnen skulle fortfarande producera vätgas, och vätgas har hanteringsproblem som inte har något att göra med vilken elektrolyt som användes för att framställa den. Dess brännbarhetsområde i luft sträcker sig från ungefär 4 till 75 volymprocent, med ett snävare detonationsområde på omkring 18,3 till 59 procent. I praktiken kan antändning inträffa utanför dessa ungefärliga gränser när turbulens förekommer (källa: Vätgassäkerhet, Wikipedia). Det är ett ovanligt brett intervall jämfört med de flesta brännbara gaser, vilket innebär att risken är större för att en oavsiktlig blandning hamnar inom det.
Vätgas är också lätt att antända: dess lägsta antändningsenergi är cirka 0,02 millijoule, bland de lägsta för något känt ämne och ungefär en tiondel av vad en bensin-luftblandning kräver (källa: Vätgassäkerhet, Wikipedia). En statisk urladdning eller en gnista som är för liten för att märkas räcker. Lägg därtill att vätgas är lättare än luft och samlas nära tak och under utskjutande delar i stället för att sjunka undan, och att ett antänt läckage i ett slutet rum mer sannolikt leder till en explosion än en begränsad låga (källa: Vätgassäkerhet, Wikipedia), så blir bilden tydlig: en öppen elektrolyscell som körs utan tillsyn i ett sovrum eller badrum producerar en gas med mycket liten felmarginal, utöver det som själva elektrolyten bidrar med.
Vad en PEM-maskin gör annorlunda
En cell med protonutbytesmembran (PEM) hanterar problemen med klor, frätande ämnen och okontrollerad blandning på samma gång, genom sin konstruktion och inte av en slump. Membranet leder protoner samtidigt som det fysiskt fungerar som isolering och barriär mellan reaktanterna. Därför bildas vätgas och syrgas på var sin sida av membranet, i stället för att bubbla upp tillsammans i en och samma öppna behållare (källa: Vattnets elektrolys, Wikipedia). Eftersom membranet i sig är känsligt för lösta joner är PEM-system konstruerade för att köras med rent, avsaltat matarvatten i stället för saltvatten eller lut. Främmande joner försämrar membranet i stället för att bara tillföra en biprodukt, vilket är anledningen till att avsaltat vatten är en praktisk nödvändighet för PEM-elektrolysörer, inte en preferens (källa: Vattnets elektrolys, Wikipedia).
Det är mekanismen bakom maskiner som Hydrogen Zenith väteinhalationsmaskin. I produktlistningen anges en vätgasrenhet på 99,99 procent, PEM-elektrolys med ett protonmembran belagt med platina, ett vattenkrav på destillerat eller renat vatten med en total halt lösta ämnen under 3 ppm och ett justerbart flöde från 300 till 1 800 ml/min över sju flödesinställningar. Det är tillverkarens egen specifikation och inte resultat från oberoende laboratorietester, men det är ändå samma typ av information som ett specifikationsblad ger för all slags utrustning och står i direkt kontrast till en öppen cell, som producerar vad en okontrollerad reaktion råkar ge.
Om du vill läsa mer om hur membrantekniken fungerar i allmänhet förklarar vår guide till PEM-elektrolys i vätgasvattenflaskor samma separationsprincip i mindre skala. Artikeln om varför membranets kvalitet avgör kvaliteten på det som produceras går igenom varför en öppen cell inte kan matcha det en förseglad membranlösning är byggd för att göra.
Varför ”det är tekniskt sett vätgas” inte är detsamma som ”av andningskvalitet”
En gasström från en burk med saltvatten eller lut kan innehålla vätgas, men den kan också innehålla spår av klor, frätande dimma eller en blandning av vätgas och syrgas som ingen har mätt som ingen kontrollerade innan den nådde en slang. Det är något helt annat än en gas med angiven renhetsgrad, producerad av utrustning som är byggd för att förhindra just de här problemen. Det verkliga valet handlar inte om ”DIY” kontra ”köpt i butik” som en fråga om tycke och smak. Det handlar om att improvisera fram ett litet kemiexperiment inomhus eller använda utrustning med tillverkarens specifikationer, som har testats av tillverkaren och utformats med det enda syftet att producera en gas för inandning med känt flöde.
Med det sagt ersätter specifikationer inte sunt förnuft. En vätgasdetektor för hemmabruk och rimlig uppmärksamhet på ventilation är fortfarande kloka försiktighetsåtgärder med all vätgasutrustning, hemmagjord eller tillverkad, just eftersom vätgasens egen brandfarlighet inte förändras beroende på var gasen kommer ifrån. Om du vill förstå hur detektorer och ventilationsberäkningar faktiskt fungerar i stället för att förlita dig på allmän försiktighet går vår artikel om hur vätgasdetektorer fungerar och vår genomgång av ventilationsgränser utifrån rummets volym igenom detaljerna. Om du har kommit förbi säkerhetsfrågan och funderar på vilken specialbyggd maskin som passar din uppställning är vår jämförelse mellan Zenith och Titan ett naturligt nästa steg. För en bredare introduktion till vad väteinhalation innebär innan du går vidare med något av detta är vår nybörjarguide till väteinhalationsterapi en bra startpunkt.
Den här artikeln förklarar vad elektrolys i hemmet faktiskt producerar. Den är inte en guide till att bygga något, och inget här ska läsas som instruktioner för att montera eller använda en DIY-gascell.