De ce aparatele de hidrogen au nevoie de apă distilată sau pură (explicația limitelor TDS)

Dacă fișa tehnică a produsului Aparat de inhalare de hidrogen Hydrion Zenith specifică „Apă pură / apă distilată (TDS < 3 ppm)”, această valoare are un rol important. Ea marchează limita dintre apa cu care celula de electroliză a aparatului poate funcționa ani la rând și apa care o va colmata treptat, din interior. Motivul ține de ceea ce face, de fapt, membrana schimbătoare de protoni (PEM) din aparat pentru a produce hidrogen gazos și de efectul mineralelor dizolvate în apa obișnuită de la robinet după ce ajung în acest proces.

• Specificația indică o valoare, nu o marcă de apă. Apa distilată, deionizată și cea obținută prin osmoză inversă pot fi toate potrivite, atât timp cât valoarea solidelor dizolvate totale rămâne sub pragul specificat de producător.
• Membrana are nevoie de apă cu puțini ioni pentru a funcționa eficient. Mineralele dizolvate din apa de la robinet nu traversează membrana așa cum o fac ionii de hidrogen; în schimb, se depun în interiorul celulei.
• Depunerile se acumulează în timp. Un pahar cu apă de la robinet nu va strica aparatul, dar umplerile repetate se adună, la fel cum se formează depunerile de calcar într-un fierbător.
• Un simplu aparat de măsurare TDS lămurește situația pentru orice sursă de apă cu privire la care nu sunteți siguri, în loc să ghiciți după gust sau limpezime.

Ce înseamnă în fișa tehnică „apă pură / apă distilată (TDS < 3 ppm)”

Specificația proprie a modelului Zenith indică limpede cerința: „Cerințe privind apa: apă pură / apă distilată (TDS < 3 ppm)”, reluată în altă parte pe pagina produsului sub forma „Apă distilată sau purificată (TDS sub 3 ppm). Astfel, membrana rămâne curată, iar hidrogenul are o puritate de 99,99%” (sursa: pagina produsului Hydrion Zenith). TDS este prescurtarea de la solide dizolvate totale, măsurate în părți per milion, și indică aproximativ câți ioni minerali sunt prezenți într-o anumită probă de apă. Apa distilată îmbuteliată din supermarket, apa trecută printr-un sistem casnic de osmoză inversă sau apa obținută cu un cartuș de deionizare pot avea toate o valoare sub pragul de 3 ppm, motiv pentru care specificația menționează „apă pură / apă distilată”, nu o singură metodă. În practică, aceasta exclude apa de la robinet, cea mai mare parte a apelor de izvor sau minerale îmbuteliate și apa filtrată doar cu un filtru cu carbon, deoarece niciunul dintre aceste procese nu este conceput să elimine ionii dizolvați. Dacă doriți să aflați cum funcționează măsurarea cu un aparat TDS și ce valoare este considerată bună, în general, pentru apa menajeră, consultați un ghid separat despre TDS-ul apei; acest articol se concentrează pe motivul pentru care modelul Zenith stabilește această limită.

De ce electroliza PEM are nevoie, mai exact, de apă cu puțini ioni

În interiorul modelului Zenith, hidrogenul gazos este produs prin electroliză cu membrană schimbătoare de protoni (PEM): o membrană subțire se află între doi electrozi, iar curentul electric descompune moleculele de apă, astfel încât ionii de hidrogen să treacă prin membrană dintr-o parte în cealaltă, unde se recombină și formează hidrogen gazos. Membrana este concepută să permită trecerea ionilor de hidrogen, nu a oricăror alte substanțe dizolvate în apă. Când apa conține ioni minerali și alte impurități, așa cum se întâmplă în cazul apei obișnuite de la robinet, acești ioni nu trec prin membrană în modul în care ar trebui să o facă ionii de hidrogen. În schimb, ajung să se depună chiar pe celulă, iar ghidurile pentru echipamentele de electroliză descriu aceste depuneri ca provocând daune ireversibile: ele reduc suprafața utilă a membranei, ceea ce înseamnă că aceeași putere electrică produce mai puțin hidrogen, cu un efort mai mare (sursa: De ce este importantă apa deionizată pentru generatoarele de hidrogen). Pe măsură ce celula își pierde eficiența în acest fel, consumă mai multă energie și se încinge mai tare pentru a încerca să țină pasul. Acesta este și motivul pentru care producătorii de echipamente cu hidrogen bazate pe PEM consideră, în general, că funcționarea cu apă de o calitate necorespunzătoare nu intră în condițiile de utilizare acoperite de garanție, ci reprezintă mai mult decât o neglijență minoră de întreținere. Pentru o prezentare mai amplă a modului în care funcționează membranele SPE/PEM în gama de produse Hydrion pentru apă cu hidrogen, această explicație a mecanismului tratează procesul de electroliză mai detaliat decât este necesar în acest articol.

Ce efect au, de fapt, mineralele din apa de la robinet în interiorul aparatului

Mecanismul devine mai ușor de înțeles când vedem ce efect au, mai exact, ionii de calciu și magneziu din apa de la robinet după începerea electrolizei. Când curentul trece prin celulă, acești ioni precipită la catod sub formă de hidroxizi și formează un strat de depuneri pe suprafața electrodului; un brevet pentru echipamentele de tratare a apei prin electroliză descrie direct acest fenomen, menționând că ionii de calciu și magneziu din apa de la robinet „precipită pe suprafața plăcii catodice, formează depuneri și duc la scăderea eficienței electrolizei” (sursa: Brevetul american 6.251.259 B1). La electrodul opus, ionii de clorură prezenți în cea mai mare parte a apei de la robinet pot declanșa o reacție corozivă separată, iar cercetările privind electroliza PEM cu apă contaminată cu ioni au constatat că mediul natural acid din interiorul membranei face ca acest atac al clorurilor asupra electrodului să prezinte un risc mai mare, în special pentru sistemele PEM, decât pentru alte tipuri de electroliză (sursa: Proiectarea interfețelor selective pentru ioni în vederea unei electrolize durabile a apei impurificate). Studiul a testat electroliza în apă cu concentrații de ioni mult mai ridicate, similare celor din apa de mare, decât cele din apa obișnuită de la robinet, așadar momentul exact al defectării identificat în studiu nu se aplică direct unei umpleri cu apă de la robinet într-un aparat Zenith folosit acasă; ceea ce se aplică este mecanismul de bază: ionii de calciu, magneziu și clorură din apa obișnuită murdăresc activ și corodează o celulă PEM, în loc să rămână inofensivi în interiorul ei, iar cu cât o celulă procesează mai mulți astfel de ioni în timp, cu atât daunele se acumulează.

De ce recomandările privind apa diferă de cele pentru o sticlă cu apă cu hidrogen

O sticlă cu apă cu hidrogen folosește un principiu de electroliză similar, dar la o scară mult mai mică și doar câteva minute odată. Așadar, recomandările privind calitatea apei pentru o sticlă nu sunt automat aceleași ca pentru un aparat de inhalare care funcționează continuu, precum modelul Zenith. Un ghid separat despre tipurile de apă potrivite pentru o sticlă cu apă cu hidrogen explică diferența și arată în ce fel diferă, de fapt, toleranța la apa de la robinet între cele două tipuri de aparate; pe scurt, pentru modelul Zenith, fișa tehnică precizează clar cerința, așa că nu trebuie să ghiciți pe baza a ceea ce este acceptabil în cazul altor aparate.

Cum arată reziduurile dacă depunerile s-au format deja

Dacă aparatul a funcționat o perioadă cu apă de la robinet, depunerile minerale descrise mai sus apar, de obicei, sub forma unui strat albicios, cu aspect de cretă, pe suprafețele metalice udate din interiorul rezervorului sau al carcasei celulei, asemănător calcarului format într-un fierbător folosit cu apă dură. Acestea nu se îndepărtează printr-o ștergere rapidă, așa cum s-ar întâmpla cu praful liber, fiindcă sunt depuneri minerale fixate pe suprafață, nu impurități aflate deasupra ei. Prezența acestor reziduuri indică faptul că, de acum înainte, trebuie folosită apă care respectă valoarea TDS specificată; manualul este locul potrivit în care să verificați dacă producătorul recomandă o procedură anume de curățare sau de îndepărtare a depunerilor, deoarece acest lucru nu este acoperit de specificația privind calitatea apei.

De unde să obțineți și cum să verificați apa care respectă specificația

În practică, apa din trei categorii poate respecta pragul de sub 3 ppm: apa distilată cumpărată din magazin, apa tratată printr-un sistem casnic de osmoză inversă și apa obținută cu un sistem dedicat de deionizare. Apa obișnuită de la robinet, apa de la robinet filtrată și cea mai mare parte a apelor de izvor sau minerale îmbuteliate nu sunt potrivite, deoarece niciunul dintre aceste procese nu este conceput să elimine ionii dizolvați până la un nivel atât de scăzut. Dacă aveți deja un sistem RO sau DI, de regulă, este suficientă măsurarea apei rezultate pentru a confirma că se încadrează în limită; dacă folosiți apă distilată cumpărată din magazin sau nu sunteți siguri de performanța sistemului de filtrare, un simplu aparat TDS portabil vă oferă o valoare directă în câteva secunde, fiind o metodă mai fiabilă decât evaluarea apei după gust sau limpezime. Merită să rețineți și că o completare cu apă de la robinet, „doar de data asta”, readuce exact ionii pe care specificația urmărește să-i țină la distanță. Un singur astfel de incident nu va colmata celula de unul singur, însă depunerile și coroziunea descrise mai sus sunt provocate de acumularea din umplerile repetate, nu de un singur pahar.

Înainte de următoarea reumplere, merită să verificați fișa tehnică sau manualul aparatului pentru valoarea TDS exactă specificată, deoarece și celelalte modele Hydrion de aparate de inhalare și generatoare de hidrogen au propriile cerințe privind calitatea apei, chiar și atunci când valoarea nu este repetată aici. Dacă folosiți alături de aparat și o sticlă cu apă cu hidrogen, rutina de curățare și utilizare zilnică pentru acel dispozitiv separat este explicată în acest ghid de instalare și întreținere, care prezintă cerințele din manualul sticlei.