产氢技术大剖析

氢分子对于清除坏自由基、保护细胞与粒线体的功用已被证实，但平常我们该如何获取氢分子呢？在日本、韩国与中国等地，其氢分子保健的产品如雨后春笋般席卷市场，但这些产品是否都含有够多的氢分子？能达到抗氧化保健的效果呢？其中的关键就在于产氢技术。

产氢技术

所谓的产氢技术就是利用某种技术来产生氢气，并制成氢分子保健产品。而目前市面上的主流产氢技术可分为：镁棒制氢、传统电解水制氢与高分子质子交换膜形成的膜电极组（PEM+MEA）。接着，就让我们了解三种产氢技术背后的原理，并比较其优劣吧！

一、镁棒制氢

市面上有些「包装水素水」就是利用镁棒制氢的技术来产出氢水。这种技术原理其实很简单，试把金属镁直接丢入水中，金属镁会自然与水产生化学反应，其中一个产物就是氢气，化学式如下：

Mg（镁）+ 2H2O（水分子）→Mg（OH）2（氢氧化镁）+ H2（氢气）

镁棒制氢虽然便宜简单，但却存在严重的缺点。首先，这样的制氢方式反应速率较慢且单位时间产氢的量不易控制，因此很难大量制造质量均等的富氢水，另外等到金属镁反应完后，下次再产氢又须重新等待反应时间，简单来说这样的产氢方式一来没效率二来氢气含量不易控制。

另外，从上述的化学式我们可以看到，金属镁与水反应产生氢气的同时，也会伴随着氢氧化镁溶在水中，因此在饮用氢水的同时也会摄取氢氧化镁，而氢氧化镁对人体有潜在危害，一天摄取量不宜超过300毫克。

二、传统电解水制氢

目前市面上几乎所有的「水素水杯」（在台湾称为「氢杯」或随行氢水杯），都是利用传统电解水的方式在产氢，初中化学都有学过在水中加入帮助导电的电解质，接上电源通电，可以将水电解分成氧气与氢气，而这就是传统电解水制氢的原理，其化学式如下：

2H2O（水分子）→2H2（氢气）+ O2（氧气）

透过上述化学式，可以发现当水被电解产生氢气与氧气时，氢气的产量是氧气的两倍。

传统电解水制氢虽然简单、技术成熟，同时还享有成本低廉的优势，因此利用这种产氢方式的产品可以将价格压得很低。但不幸的是，传统电解水制氢却存在许多致命的缺点。

首先，纯水几乎是不导电（因为里面缺乏离子作为导电介质），所以一般的氢杯都是利用自来水做为水源，然而自来水里面含有氯，当水电解时阳极除了产生氧气外也有机会让水中的氯离子失去电子后结合成氯气（Cl2）。

氯气属于强氧化性，具有毒性，另外少量氯气溶于水中会发生化学反应产生次氯酸（HClO），次氯酸是一种常见的消毒剂，也是比氯气更强的氧化剂，喝下过量的氯气会引发癌症等不良影响。根据实验，传统电解水的余氯含量会比原来的水高出15% ~ 20%，不可不慎啊！

除了氯气以外，在电解水制氢的过程中，阳极处的水部分有可能失去电子转变为臭氧，臭氧会有刺鼻的气味，同样对人体健康产生不良影响。

臭氧同样是强氧化剂，它还会伤害肺组织，严重会导致肺出血而死亡，因此当空气中臭氧含量过高时，一般建议老人和幼儿不宜于户外作剧烈运动，以免吸入过量臭氧。

电解水产氢可能会伴随许多有毒的副产物，如氯气、臭氧与次氯酸，反而会损害健康。

另外电解水的产氢效率不高也是个问题，需要大量的电力才能产出一定量的氢气，此外随着氢气产生，也会让阴极处的氢氧根离子浓度变高、拉高水的PH值，使水更偏向碱性，而人体并不适合饮用过硷的溶液；但反之如果水偏向中性，那产出的氢气就不够多了。

这种产氢技术还有个严重的安全问题，许多厂商为了降低成本并不会主动利用气密的装置将氢气与氧气做进一步分离，造成氢氧合流，使机器存在爆炸的风险。

三、（PEM+MEA）的产氢技术

为了避免上述两种产氢技术的缺点，目前市面上开始出现了一种称为「质子交换膜形成的膜电极组」（PEM+MEA）的产氢技术。

这样的产氢技术其实就是赫赫有名的「氢燃料电池」的逆反应。氢燃料电池利用氢气与氧气的混合将化学能转成电能，唯一的副产物是干净的水，是洁净能源的明日之星，日本对于推行氢燃料电池更是不遗余力，也已开发出世界第一台氢燃料电池车，并预计在东京奥运前打造专属的「氢燃料电池巴士」接送来自世界各国的旅客与选手。

而PEM + MEA技术与氢燃料电池刚好相反，它是利用纯水与电能来产生氢气与氧气，由于产氢效率高、安全系数高，产出的氢气纯度可达99.995%以上，将会成为未来氢分子保健产品的主流技术。

由于纯水无法导电，需要有各种离子溶于水中帮助导电，但这样一来就会伴随许多有害的副产物，例如传统电解水，因水中含氯离子而产出氯气副产物，并对身体造成危害。因此这个技术是利用美国杜邦公司的高分子质子交换膜做为固态电解液，不需液态的离子在水中，反而水的纯度越高越好，能保护核心电池之外，也因此可以得到超高纯度的氢气，而不会伴随其他副产物。

PEM + MEA的产氢的化学反应式如下：

首先纯水会在阳极处将水分子电解成氢质子（H+）与氧气（O2）

阳极处：2H2O（水分子）→4H++4e–+O2

在阳极处产生的氢质子（H+）会溶在水里透过质子交换膜（PEM）的牵引达到阴极，并得到电子产生氢气。

阴极处：4H++ 4e–→2H2

SPE+MEA产氢技术是「氢燃料电池的逆反应」，能够安全且有效率地产出高纯度氢气。

值得一提的是高分子质子交换膜（PEM）是气密的物质，换句话说在阳极所产生的氧气无法通过膜到阴极，因此可以把氧气与氢气做完全的隔绝与分流，避免内部机器爆炸的疑虑。

PEM+MEA的产氢效率极高，有较高的电流密度，通常可达3A/cm2这样的电流密度是一般传统电解水的5倍之高，因此在相同的产气量下更省电、电极的体积也可以更小、更轻。

尽管PEM + MEA具有上述诸多优点，但成本高昂，以此种技术产氢的产品价格自然较贵，在价格优势上无法与廉价的氢杯相提并论。