Anreichern von Wasser mit Wasserstoff in der Praxis

Sinn, Grundlagen, Testen käuflicher H2-Geräte  -  alternative Bauanleitungen für günstigere Alternativen

H2-Booster-Flaschen optimieren

Diese kleinen, Akku-betriebenen Trinkflaschen für unterwegs sind sicher die Geräte die am häufigsten zur Herstellung von H2-Wasser verwendet werden.
Entsprechend riesig ist das Angebot aus China. Einige wenige Modelle kommen auch aus Korea und Japan. 
Stand der Technik sind heute Flaschen die den Wasserstoff mit einer sogenannten PEM (Proton Exchange Membrane) erzeugen. Andere Techniken brauchen mehr Energie (geringere Akku-Laufzeit) und leiten neben H2-Gas auch noch andere, ggf. unerwünschte Gase in Wasser ein.

Eine Booster-Flasche erreicht dann eine hohe Konzentration von gelöstem Wasserstoff im Trinkwasser, wenn der Druck in der Flasche durch das an der PEM-Zelle erzeugte H2-Gas innerhalb der Einschaltdauer einen hohen Druck erzeugt, der nach Abschalten der Flasche möglichst lange auf hohen Niveau in der Flasche erhalten bleibt. (Daher ist die Druckmessung im Betrieb der Booster-Flasche für die Einschätzung der Qualität der Flasche und des erzeugten H2-Wassers so wichtig.)

Auch bei einer ideal dichten und steifen Flasche, die sich nicht unter Druck verformt, sinkt der Druck nach dem Abschalten der PEM-Zelle wieder etwas ab. Dieses Absinken des Drucks zeigt, dass sich weiteres Gas von den erzeugten Blasen an der Wasseroberfläche im Wasser gelöst hat, was ja auch der Sinn der Druckerhöhung ist. Wird die Flasche direkt nach Abschalten des Timers geöffnet ist noch etwas weniger Wasserstoff im Wasser gelöst, als wenn vor dem Öffnen und Trinken noch einige Zeit gewartet wird.

Vergleich Aquavolta PainoBluebalance Nano kl

Druckentwicklung in 3 verschiedenen Booster-Flaschen
Rot: Sehr dichte Flasche mit langsamem Druckanstieg beim Boosten (wegen schwächerer PEM-Zelle oder mehr Lufteinschluss unter dem Deckel)
Blau: Schnellere Drucksteigerung; ok bis 2,5 bar, dann zunehmende Undichtigkeit nach unten, sehr undicht bei 3,8 bar (hatte sich aber nicht zerstört)
Grün: Sehr schneller Druckaufbau durch starke PEM-Zelle, steife Flasche, geringer Lufteinschluss, ohne Deckelventil zerstört sich die Flasche aber schon nach 4 Min. als knapp 5 bar Druck erreicht wurden!  (Daher ist ein Überdruckventil im Deckel wichtig!)

 

Optimierung ohne technische Änderungen an der Booster-Flasche

Die Druckentwicklung in der Flasche während der Gas-Erzeugung ist der entscheidende Faktor, wenn übersättigtes H2-Wasser mit hohem H2-Gehalt erzeugt werden soll. Diese Druckentwicklung, die es zu optimieren gilt, hängt von folgenden Parametern ab:

  1. von der erzeugten Gasmenge in ml/min (bzw. dem Stromverbrauch in Watt) die Vorgegeben und nicht einstellbar ist (s.o.)
  2. von der Timer-Einstellung der Flasche, also wie lange Gas auf Knopfdruck erzeugt wird (bestimmt die Gasmenge insgesamt)
  3. von der in der Flasche nach dem Verschließen noch mit eingeschlossenen Luftmenge (je weniger Lufteinschluss, umso schneller die Drucksteigerung)
  4. von der Elastizität des Wasserbehälters (Glas, Plexiglas, PET-Mehrweg-Flasche). Je elastischer der Behälter, umso langsamer die Drucksteigerung.
  5. von der Dichtigkeit! Ab einem gewissen Druck lassen die Dichtungen im Deckel oder am Gerät Gas oder Wasser austreten, oder es wird sogar die PEM-Zelle selbst undicht, und ab einem bestimmten Druck erfolgt ggf. auch eine dauerhafte Zerstörung.
  6. von dem erreichbaren Maximaldruck bei dem ein (versteckt) eingebautes Überdruckventil zur Sicherheit öffnet, um ein Schaden am Gerät zu vermeiden.

Um das beste Ergebnis zu erreichen, sollte die eingeschlossene Luftmenge (der Füllstand der Flasche mit Wasser) so gewählt werden, dass der maximal mögliche oder zulässige Druck in der Flasche am Ende des Boost-Vorgangs gerade erreicht, aber keinesfalls überschritten wird. Gute Flaschen haben ein Sicherheitsventil, meist im Deckel versteckt, welches das Gerät vor zu hohem Innendruck schützt, indem es dann Druck ablässt.
Dem Gerät schadet es nicht, wenn das Ventil öffnet, aber dem H2-Gehalt im Wasser, denn wenn es öffnet, sinkt der Innendruck schlagartig auf einen sehr viel geringeren Wert und entsprechend auch der erreichbare H2-Gehalt.

Beispiel:
Beim Druck auf die Start-Taste erzeugt die Flasche 6 min lang H2-Gas und stoppt dann, ohne das Ventil geöffnet hat. So hat das Wasser dann z.B. 3 ppm.
Ein zweiter Druck auf die Start-Taste für weitere 6 min erhöht zunächst den Druck und den Gehalt im ppm weiter, dann öffnet aber das Ventil und der Druck fällt wieder unter den Wert nach den ersten 6 Minuten, was zur Folge haben kann, dass der H2-Gehalt nach 12 Min. boosten sogar niedriger als nach 6 Min. ist trotz doppeltem Stromverbrauch.
Wählt man den Wasserstand beim nächsten Versuch etwas niedriger (mehr Luft eingeschlossen) so dass das Ventil gerad nicht auslöst erreicht man vielleicht 4 oder 5 ppm H2-Gehalt.

Also zu jeder Timer-Dauer gibt es einen optimalen Wasser-Füllstand vor dem Boosten, den es sich lohnen kann einmal zu ermitteln.

Um klar zu erkennen, wann das Ventil im Deckel öffnet, empfehle ich den Trick mit dem Rasierschaum, der hier beschrieben ist.