Trinkwasser mit Wasserstoff anreichern in der Praxis

Überprüfen der erzeugten Gasmenge von H₂-Inhalatoren

Inhalatoren für H₂-Gas gibt es in sehr unterschiedlicher Größe und Konfiguration. Ein Qualitätsmerkmal ist die Gasmenge, die ein Inhalator in einer Minute erzeugt. Da gibt es kleine tragbare H2-Booster-Flaschen, bei denen über einen alternativen Deckel eine Gasbrille zur Inhalation angeschlossen werden kann, sowie reine Inhalatoren, die größere Gasmenge zur Inhalation bereitstellen können, aber mit einfachen Zusatzeinrichtungen auch H₂-Wasser herstellen können (über Sprudler, Mixer, oder mit meinen H₂-Ventilflaschen).

Übliche Herstellerangaben sind H₂-Gasmengen von 100, 300, und 600 ml/min. Entsprechend kann dann mit ihnen eine 1-Liter-Flasche in ca. 10 Min., 3,3 min oder 1,7 min mit H₂-Gas gefüllt werden. Meist werden zum Inhalieren Geräte mit 300 ml/min empfohlen.

Vereinzelt gibt es auch Inhalatoren, die nicht nur einen Anschluss für H₂-Gas, sondern auch für O₂-Gas haben. Das Mengenverhältnis von H₂ zu O₂ ist dann 2 zu 1. (siehe dazu auch: mögliche Gefahren). Geräte ohne PEM-Technologie, die nur ein Mischgas bereitstellen können (zumeist einfach Knallgas) sind nicht zu empfehlen.

Abschätzen der erzeugten H₂-Gas-Menge über den Stromverbrauch in Watt

Bei Geräten mit PEM-Technologie muss für jedes H₂-Gasmolekül zwei Protonen durch die Membran diffundieren, denen dann auf der anderen Seite der PEM wieder 2 Elektronen von der Stromquelle zugefügt werden (siehe hier in der Animation). Daher besteht ein direkter, linearer Zusammenhang zwischen der Stromstärke in Ampere die durch die PEM-Zelle fließt und der erzeugten Menge an H₂-Gas in ml/min. Meinen Messungen nach erzeugt jedes Ampere, das durch die PEM-Zelle fließt je nach Effektivität der verbauten PEM-Zelle zwischen 15 und 24 ml/min an H₂-Gasstrom. (Theoretisch sollte dieser physikalisch-chemischen Wert eigentlich bei allen Inhalatoren gleich sein, aber es fließt wohl auch noch etwas Strom durch die Membran, der kein H2-Gas erzeugt und nur die PEM-Zelle z.T. auf bis auch 60 °C erhitzt)

Für jeden Inhalator (Membran-Typ) lässt sich aber ein eigener Kennwert ermitteln, mit dem der Stromfluss (in A) an der PEM-Zelle in die aktuelle Liefermenge an H₂-Gas umgerechnet werden kann. Ist der Kennwert bekannt, kann die Liefermenge an einem Amperemeter indirekt abgelesen werden. (So habe ich das gemacht). Das erfordert jedoch einen Eingriff in den Inhalator, der zum EInbau aufwändig zerlegt und wieder zusammengebaut werden muss, was elektrischen Sachverstand erfordert, denn hier fließen sehr hohe Ströme!

Der Gesamt-Stromverbrauch in Watt kann dagegen leicht mit einem einfachen Verbrauchsmessgerät oben im Bild (Zwischenstecker für 10 EUR) nachgemessen werden und erlaubt eine grobe Abschätzung der produzierten Menge an H₂-Gas, weil die PEM-Zelle der größte Strom-Verbraucher im Inhalator ist. Je nach Qualität und Erhaltungszustand verbraucht die PEM-Zelle etwas mehr oder weniger Watt, um die angegebene H₂-Gasmenge zu erzeugen.  Wenn man daher den Stromverbrauch des Inhalators mit einem solchen Verbrauchszähler misst, lässt sich leicht überprüfen, ob, und wie stark die Gas-Produktion nach längerem Gebrauch oder durch die Verwendung von unreinem Wasser nachlässt. 

Als eine grobe Abschätzung steht bei Inhalatoren jedes Watt, dass ein Verbrauchszähler anzeigt für 2,5 bis 2,8 ml/min an H₂-Gasstrom. Bei Booster-Flaschen sind es nur ca. 1,7 ml/min je Watt weil die PEM-Zelle dort mit geringerer Spannung betrieben wird, um feinere Bläschen zu erzeugen und Strom zu sparen.

Ein Gerät, das nach Herstellerangabe 150 ml/min an H₂-Gas erzeugen soll, verbraucht demnach 54 bis 60 Watt nur für die reine Gas-Erzeugung. Bei einem Inhalator mit 300 ml/min verdoppelt sich der Wert auf 108 bis 120 Watt. Verbraucht das Gerät deutlich weniger Watt, so stimmen die Herstellerangaben vermutlich nicht. Aber auch durch Alterung, Austrocknung oder Abnutzung kann die Zelle bei gleicher Spannung nicht mehr so viel H₂-Gas erzeugen, wodurch auch der Stromverbrauch des Inhalators in Watt gemessen sinkt.

Um den Erhaltungszustand der PEM-Zelle im Gerät zu überprüfen, macht es also Sinn, den Stromverbrauch des Neugerätes zu messen und über die Gebrauchsdauer immer mal wieder zu überprüfen. In dem Maße wie der Stromverbrauch sinkt, sinkt auch die Liefermenge an H₂-Gas in ml/min.
Wobei es normal ist, dass die Inhalatoren direkt nach dem Einschalten deutlich mehr Watt verbrauchen, als dann bei längerem Betrieb. Wenn sich die PEM-Zelle erwärmt, wird sie leistungsfähiger und die Elektronik regelt dann entsprechend die Betriebsspannung der PEM-Zelle herunter.

 

Messung der produzierten Gasmenge

(mittels einer leeren Flasche mit Schraubverschluss, einer großen Schüssel, einer Uhr mit Sekundenzeiger und Wasser)

1. Das Volumen (V) der Flasche bestimmen. Stelle eine beliebige leere Flasche auf eine Küchenwaage und setzte das Tara-Gewicht der leeren Flasche auf null. Fülle die Flasche vollständig mit Wasser und wiege das eingefüllte Wasser. Das Gewicht in Gramm entspricht dann genau genug dem Volumen in ml (1 kg = 1000 g oder 1000 ml). Ein größeres Volumen führt zu einem genaueren Ergebnis. Gut geeignet sind die 1,0 Liter CocaCola-Mehrweg-Flaschen für Inhalatoren bis 300 ml/min, oder die 2 Liter TetraPaks für 600ml-Inhalatoren.
2. Eine große Schüssel so etwa 5 cm hoch mit Wasser füllen.
3. Den Inhalator einschalten und das Gas eine Weile in die Schüssel blubbern lassen (um Fremdgase aus dem Schlauch auszutreiben),
4. Den Gas-Schlauch mit einem kleinen Gewicht (z.B. Besteck) am Boden der Schüssel unter Wasser fixieren.
5. Die randvoll mit Wasser gefüllte Flasche zuschrauben (oder sie mit dem Daumen zuhalten ;-)
6. Die gefüllte Flasche kopfüber in die Schüssel stellen und den Deckelverschluss unter Wasser neben dem ausströmenden H₂-Gas entfernen (oder den Daumen wegnehmen ;-)
7. Jetzt das ausströmende H₂-Gas mit der Flaschenöffnung auffangen und die Startzeit an einer Uhr mit Sekundenzeiger ablesen (oder eine Stoppuhr starten)
8. Sobald aus der Flasche unter Wasser die erste Gasblase austritt, ist das zuvor bestimmte Volumen vollständig durch H₂-Gas ersetzt. Jetzt die Zeitdauer zur Füllung der Flasche ablesen (oder Stoppuhr stoppen). Achtung: Das Wasser aus der Flasche füllt dabei die Schüssel,, daher sollte sie groß genug gewählt werden!
9. Jetzt kann die Gasmenge, die das Gerät je Minute geliefert hat, berechnet und mit der Herstellerangabe verglichen werden.
   Der gesuchte Wert in ml/min ist dann das Volumen der Flasche in ml (das Gewicht in g), geteilt durch die gemessene Zeitdauer in Sekunden mal 60.

 

Zum Beispiel:

Messung mit einem leeren 2 Liter TetraPak in dem mal Eistee war. Mein großer Inhalator hat zwei Ausgänge aus denen jeweils 300 ml/min an H2-Gas kommen soll, also insgesamt 600 ml/min an H₂-Gas. Die 2 Ausgänge führe ich mit einem T-Stück in einen Schlauch zusammen und halte das Schlauchende unter den aufgeschraubten Ausgießer des TetraPaks unter Wasser, genau dann, wenn der Sekundenzeiger meines Weckers auf zwölf-Uhr zeigt (zur leichteren Ablesung).

 

Nach 3 Minuten und 12 Sekunden ist der TetraPak voll mit Gas, denn es blubbern erste Blasen neben dem TetraPak im Wasser hoch.
Umgerechnet in Sekunden waren das: (3 x 60) + 12 = 192 s, und in Minuten zurückgerechnet sind das 192 : 60 = 3,2 min.
Das Volumen war 2 Liter = 2000 ml und tatsächlich liefert der Inhalator also 2000 : 3,2 = 625 ml/min

Prima, das Gerät schafft sogar etwas mehr als der Hersteller versprochen hat!

 

Jetzt teste ich auch gleich noch meinen kleineren Inhalator, den man auf 100, 200, und 300 ml/min einstellen kann. Ich habe den Verdacht, dass das Gerät mittlerweile eine Macke hat, denn mit allen drei Einstellungen blubbert es innen im Gerät etwa gleich stark. Ich stelle das Gerät auf 300 ml/min ein, und bei dem gleichen 2 Liter TetraPak dauert die Gas-Füllung jetzt ganze 37 Minuten! (die Sekunden interessieren mich da schon gar nicht mehr)
Der Inhalator liefert also nur noch 2000 : 37 = 54 ml/min und bei weitem keine 300 ml/min ... noch nicht einmal die kleinste Einstellmenge von 100 ml/min.

 

Schlecht, das Gerät ist eindeutig defekt, und es ist schon 3 Jahre alt.
Die Garantie also vermutlich auch schon abgelaufen ... ich schaue im Internet nach ...
Super, der Verkäufer bietet erstaunlicherweise 5 Jahre Garantie auf seine Geräte