Jaka metoda pozyskiwania wodoru jest najlepsza?

Inhalacje wodorowe zyskują na popularności ze względu na potencjalne korzyści zdrowotne, takie jak redukcja stanów zapalnych, ochrona przed stresem oksydacyjnym oraz poprawa ogólnego samopoczucia. Wybór urządzenia do inhalacji wodorem o odpowiedniej technologii pozyskania wodoru jest kluczowy, aby zapewnić sobie bezpieczne i skuteczne użytkowanie na lata.

Na rynku dostępne są urządzenia tańsze wykorzystujące elektrolizę alkaliczną oraz za pomocą membrany wymiany protonów (SPE/PEM). Każda z tych metod ma swoje specyficzne cechy, zalety i wady. Ponieważ celem inhalacji jest ochrona i wsparcie naszego zdrowia warto przyjrzeć się czy aby każda z nich jest właściwa.

Elektroliza alkaliczna

Metoda przemysłowa (stosowana np.w motoryzacji), początkowo używana do celów eksperymentalnych, dzisiaj uznawana za przestarzałą. Produkcja wodoru gazowego odbywa się przez filtr, który wychwytuje zanieczyszczenia i zapach odseparowanego gazu.

Jak działa elektroliza alkaliczna?

Proces elektrolizy alkalicznej odbywa się w urządzeniu zwanym elektrolizerem alkalicznym. W elektrolizerze tym znajduje się roztwór alkaliczny oraz dwie elektrody: katoda (elektroda ujemna) i anoda (elektroda dodatnia). Elektrody te są zanurzone w roztworze alkalicznym. W roztworze wodnym konieczne jest stosowanie wodorotlenku potasu (KOH) lub wodorotlenku sodu (NaOH) ze względu na ich wysoką przewodność jonową i stabilność chemiczną. Elektrolity alkaliczne są niestety substancjami żrącymi i wymagają odpowiednich środków bezpieczeństwa podczas obsługi.

Wady elektrolizy alkalicznej

Jednym z głównych problemów w urządzeniach jest czystość wytwarzanego wodoru. Z tego powodu bardzo często urządzenia te wyposażone są w dwa zbiorniki na zewnątrz obudowy w celu oczyszczania gazu. Wymaga to jednak stałego ich kontrolowania, bowiem woda zawarta w zbiornikach ulega szybkiemu zanieczyszczeniu. Wymiana wody (odłączanie rurek, odkręcanie elementów) jest czasochłonna, a ponieważ woda w zbiornikach powinna być destylowana – wzrasta nam koszt użytkowania. Aby reakcja elektrolizy mogła nastąpić konieczne jest uzupełnianie katalizatora elektrolizy, np. NaOH – silnie żrącego wodorotlenku sodu. Dodatkowo filtry NaOH powinny być regularnie czyszczone do bardzo utrudnia konserwację urządzeń. Z tego powodu sprzedawane na Tajwanie czy w Chinach generatory wodoru mają ustawiony limit godzin pracy (500 godzin) po czym przestają całkowicie działać. Ma to chronić użytkowników przed wdychaniem zanieczyszczonego gazu.

Zaleta elektrolizy alkalicznej

Zaletą metody jest stosunkowo niski koszt urządzeń i generatory nie są mocno wrażliwe na jakość podawanej wody. Na tym jednak kończą się ich zalety.

Ponieważ celem inhalacji jest ochrona i wsparcie naszego zdrowia – ze względu na czystość wodoru i konieczność stosowania żrących katalizatorów metoda ta nie jest dobrym wyborem. Czy metoda która została stworzona dla przemysłu nadaje się do inhalacji dla ludzi? Niekoniecznie..

Metoda polielektrolitowa SPE/PEM

Elektroliza za pomocą membrany wymiany protonów (Proton Exchange Membrane, PEM) to nowoczesna i zaawansowana technologia wytwarzania wodoru. Jest ona coraz bardziej popularna dzięki swojej wysokiej wydajności, czystości produkowanego wodoru oraz kompaktowym rozmiarom urządzeń.

Jak działa elektroliza za pomocą PEM?

Technologia PEM wykorzystuje membranę wymiany protonów, która pełni funkcję elektrolitu, umożliwiając przepływ protonów (jonów wodoru, H⁺) z anody do katody, jednocześnie blokując przepływ elektronów. Proces ten odbywa się w specjalnym urządzeniu zwanym elektrolizerem PEM, który składa się z kilku kluczowych elementów:

Podstawowe elementy procesu

• Membrana wymiany protonów (PEM): Jest to cienka, specjalnie zaprojektowana membrana, która pozwala na przepływ protonów, ale jest nieprzepuszczalna dla gazów (wodoru i tlenu) oraz elektronów.
• Elektrody: Elektrody w elektrolizerze PEM są zazwyczaj wykonane z platyny lub innych metali szlachetnych. Katoda (elektroda ujemna) produkuje wodór, a anoda (elektroda dodatnia) produkuje tlen.
• Gazy: Woda (H₂O) jest rozkładana na wodór (H₂) i tlen (O₂).

Proces elektrolizy

1. Przepływ prądu elektrycznego: Prąd elektryczny jest dostarczany do elektrod, które są umieszczone po obu stronach membrany PEM.
2. Reakcje chemiczne: Pod wpływem prądu elektrycznego zachodzą następujące reakcje chemiczne:
   • Anoda (elektroda dodatnia): Woda (H₂O) ulega oksydacji, w wyniku czego powstają protony (H⁺), elektrony (e⁻) i tlen (O₂).
   • Katoda (elektroda ujemna): Protony (H⁺) migrują przez membranę PEM do katody, gdzie łączą się z elektronami, tworząc wodór (H₂). ​
3. Separacja gazów: Membrana PEM skutecznie oddziela wodór i tlen, zapobiegając ich mieszaniu się i umożliwiając bezpieczne zbieranie wodoru.

Zalety elektrolizy SPE/PEM

• Wysoka czystość wodoru: Technologia produkuje wodór o bardzo wysokiej czystości, co jest kluczowe dla wielu zastosowań medycznych i przemysłowych.
• Kompaktowy design: Generatory wodoru są zazwyczaj kompaktowe, bez dodatkowych filtrów na zewnątrz i okablowania je łączącego, co czyni je idealnym wyborem dla przenośnych jak i gabinetowych generatorów wodoru.
• Wysoka efektywność konwersji energii elektrycznej na wodór, co przekłada się na niższe koszty użytkowania generatorów wodoru.
• Szybki start i zatrzymanie: generatory mają krótszy czas uruchamiania i wyłączania w porównaniu do tradycyjnych elektrolizerów alkalicznych.
• Bezpieczeństwo: membrana PEM skutecznie zapobiega mieszaniu się gazów, co minimalizuje ryzyko wybuchów i innych zagrożeń.

Wady elektrolizy SPE/PEM

• Wyższy koszt produkcji: Generatory wodoru wykorzystujące metodę SPE/PEM są droższe w produkcji niż elektrolizery alkaliczne, głównie ze względu na kosztowne materiały używane w membranach i elektrodach.
• Wrażliwość na zanieczyszczenia: Membrany PEM są wrażliwe na zanieczyszczenia, co może wpływać na ich wydajność i żywotność. Stosując wodę destylowaną mamy gwarancję stosowania ich na blisko ok.10 tys. godzin.

Podsumowanie

Elektroliza za pomocą SPE/PEM to zaawansowana technologia produkcji wodoru, która oferuje wiele zalet, takich jak wysoka czystość wodoru, kompaktowy design, wysoka efektywność oraz bezpieczeństwo. Ze względów zdrowotnych poleca się stosowania generatorów wodoru opartą o metodę polielektrolitowej, gdzie stosowana jest woda destylowana bez konieczności dodawania do niej żrących substancji jako czynnika do elektrolizy. Choć koszty początkowe zakupu generatora wodoru mogą być wyższe, korzyści płynące z tej technologii czynią ją według nas jedynym słusznym wyborem do inhalacji wodoru. Ze tych wszystkich względów jednoznacznie wygrywa z przemysłową metodą wykorzystującą elektrolizę alkaliczną.