Există hidrogen în aer? Niveluri naturale și debitul aparatelor

Da, hidrogenul este prezent în aerul pe care îl respiri, dar doar în cantități infime: hidrogenul molecular (H₂) reprezintă aproximativ 0,53 părți per milion din atmosferă, pe bază molară. Asta înseamnă că, din fiecare două milioane de molecule de aer din jurul tău, doar una este H₂ (sursa: Hidrogen - Wikipedia). Această proporție este o valoare de fond stabilă, nu una care fluctuează de la un oraș la altul sau de la o zi la alta, și este mult sub debitul de gaz pe care îl poate genera la cerere un aparat de inhalare de hidrogen — o comparație pe care o vom analiza în acest articol.

• Aerul ambiant conține aproximativ 0,53 ppm de hidrogen molecular, alături de alte gaze în urme din atmosferă, precum heliul, neonul, metanul și kriptonul.
• Această proporție rămâne scăzută și nu crește în timp, deoarece masa redusă a hidrogenului îi permite să se piardă în spațiu mai repede decât gazele atmosferice mai grele.
• Un aparat de inhalare de hidrogen nu concentrează hidrogenul deja prezent în aerul din încăpere; generează H₂ nou din apă prin electroliză. De aceea, debitul său se măsoară în ml/min, nu ca o concentrație în ppm.

Cât hidrogen se află, de fapt, în aerul pe care îl respiri

Atmosfera Pământului este alcătuită în principal din azot și oxigen, iar argonul și dioxidul de carbon formează cea mai mare parte din ce rămâne. Hidrogenul nu se apropie nici pe departe de aceste proporții. Face parte din grupul restrâns al gazelor prezente în urme, care include și heliul, neonul, metanul și kriptonul, fiecare fiind prezent în cantități prea mici pentru a apărea pe o diagramă simplă a compoziției aerului (sursa: Ce se află în aer? - Centrul UCAR pentru Educație Științifică). În cadrul acestui grup de gaze, proporția măsurată de hidrogen molecular este de aproximativ 0,53 părți per milion, pe bază molară — o valoare care provine din date despre compoziția atmosferei, nu din ceva specific unei anumite locații sau condiții meteorologice (sursa: Hidrogen - Wikipedia).

Ce înseamnă „părți per milion” în termeni practici

O concentrație exprimată în părți per milion descrie un raport, nu o cantitate pe care ai putea s-o colectezi. O jumătate de parte per milion înseamnă că, dacă ai putea număra cumva fiecare moleculă dintr-o probă de două milioane de molecule, doar una dintre ele ar fi H₂; celelalte 1.999.999 ar fi azot, oxigen, argon, vapori de apă și alte componente ale amestecului. Acest raport face ca afirmația „există hidrogen în aer” să fie, în același timp, corectă din punct de vedere tehnic și înșelătoare în practică: afirmația nu face diferența între un gaz prezent în cantități semnificative și unul care abia dacă depășește o eroare de rotunjire în amestecul total.

De ce această cantitate infimă nu se acumulează în timp

E firesc să te întrebi de ce un gaz produs constant pe Pământ, inclusiv prin procese biologice, nu se acumulează treptat până ajunge la o concentrație mai mare de-a lungul timpului geologic. Răspunsul ține de masă. Hidrogenul este cel mai ușor element, iar masa sa redusă permite moleculelor individuale de H₂ să atingă viteza de evadare și să se îndepărteze din atmosfera superioară către spațiu mult mai ușor decât ar putea gazele mai grele, precum azotul sau oxigenul (sursa: Hidrogen - Wikipedia). Nici nu este un proces lent sau neînsemnat: exosfera Pământului, stratul exterior al atmosferei, pierde continuu hidrogen în spațiu, într-un ritm de ordinul câtorva kilograme pe secundă, iar stratul cel mai înalt al atmosferei este alcătuit aproape în întregime din hidrogen tocmai pentru că acest gaz poate ajunge cel mai ușor acolo (sursa: Atmosfera Pământului - Wikipedia).

Puse una lângă alta, cele două procese explică proporția infimă: hidrogenul ajunge în atmosfera inferioară din diverse surse cam în același ritm în care părăsește atmosfera superioară și se pierde în spațiu. Rezultatul este un echilibru aproximativ, care menține concentrația din aerul ambiant scăzută și stabilă, în loc să o lase să crească de la an la an. Acest lucru explică și de ce valoarea de 0,53 ppm este considerată o valoare de referință fiabilă în chimia atmosferică, nu o măsurătoare de moment care trebuie actualizată după fiecare nouă măsurare.

Comparația dintre debitul aparatului și cantitatea infimă din aer

Valoarea atmosferică și specificațiile unui aparat descriu două tipuri diferite de măsurători, iar de aici pornește o mare parte din confuzie. Conținutul de hidrogen din aerul ambiant este o concentrație: o proporție dintr-un volum enorm, practic nelimitat. Debitul unui aparat este o cantitate de gaz livrată într-un spațiu specific, mult mai mic, într-o anumită unitate de timp — fie că este vorba despre o încăpere, fie despre tubul care duce la o canulă nazală. Aparatul de inhalare de hidrogen Hydrion Zenith, de exemplu, funcționează pe baza acestui al doilea tip de valoare: are șapte trepte de debit reglabile, de la 300 ml/min până la 1.800 ml/min, fiecare disponibilă cu H₂ pur sau cu un amestec H₂+O₂, produs prin electroliză PEM, cu o puritate declarată a hidrogenului de 99,99% (sursa: pagina produsului).

Compararea directă a unei valori în ppm cu una în ml/min nu permite un calcul riguros, deoarece măsoară lucruri diferite. Totuși, diferența de scară este importantă: cantitatea infimă din aer este atât de mică, încât nicio cantitate practică de hidrogen nu ar putea fi extrasă din aerul obișnuit al unei încăperi. Tocmai de aceea, aparate precum acesta nu încearcă deloc să capteze sau să concentreze hidrogenul deja prezent în aer. În schimb, îl produc din apă prin electroliză, iar treapta de debit pe care o alegi nu are nicio legătură cu cantitatea de hidrogen care se află deja în încăpere.

De ce nu poți pur și simplu să filtrezi hidrogenul din aerul încăperii

Un filtru sau un concentrator funcționează prin extragerea unui gaz dorit dintr-un amestec în care acesta este deja prezent într-o cantitate utilizabilă — la fel cum un concentrator de oxigen extrage oxigenul din aer, unde acesta reprezintă deja aproximativ 21%. Hidrogenul nu oferă un punct de plecare comparabil. La aproximativ o jumătate de parte per milion, pur și simplu nu există suficient hidrogen într-un anumit volum de aer pentru a-l filtra în cantități relevante; ar trebui să procesezi un volum impracticabil de mare de aer din încăpere pentru a recupera chiar și o cantitate mică. Merită menționat, doar ca reper pentru a înțelege diferența de scară, nu ca un calcul de siguranță, că hidrogenul din aer devine inflamabil abia când concentrația sa ajunge la aproximativ 4% din volum (sursa: Siguranța hidrogenului - Wikipedia) — o concentrație de zeci de mii de ori mai mare decât cea infimă din aerul ambiant, ceea ce subliniază cât de departe este aerul obișnuit de a fi „concentrat”. Calculele complete privind volumul încăperii și ventilația necesare pentru utilizarea în siguranță a unui aparat sunt prezentate separat în articolul cât hidrogen poate conține în siguranță o încăpere ventilată, deoarece calculul depinde de dimensiunea încăperii și de circulația aerului, nu de cantitatea infimă prezentă în aerul ambiant, despre care este vorba aici.

Ce înseamnă toate acestea dacă te gândești la inhalarea hidrogenului

Dacă ai întâlnit afirmația „există hidrogen în aer” și te-ai întrebat dacă asta înseamnă că un aparat nu este necesar, era firesc să-ți pui această întrebare. Răspunsul ține pur și simplu de diferența de scară: aerul din jurul tău conține hidrogen molecular, dar într-o concentrație prea mică pentru a fi o sursă utilizabilă de sine stătătoare. Un dispozitiv conceput pentru inhalarea hidrogenului pornește de la un cu totul alt punct: generează un debit controlat și concentrat de gaz din apă, în loc să folosească urmele deja prezente în încăpere.

Dacă noțiunile de chimie de la baza acestui subiect sunt noi pentru tine, articolul ce este, de fapt, hidrogenul molecular te va ajuta să afli mai multe înainte de a continua. Pentru o imagine de ansamblu asupra modului în care se desfășoară o ședință și la ce să te aștepți când începi, ghidul pentru începători despre inhalarea hidrogenului prezintă noțiunile de bază. Iar dacă te interesează ce se întâmplă în organism după inhalarea hidrogenului, nu doar cum este produs, articolul ce face organismul cu hidrogenul inhalat continuă exact de unde se oprește acesta. Pentru o referință completă despre unitățile folosite, inclusiv diferența dintre ml/min, LPM și PPM, glosarul despre inhalarea hidrogenului le explică pe fiecare în detaliu.