La gente alguna vez pudo haber considerado el oxígeno como un derecho humano. Pero la pandemia ha revelado que el acceso al oxígeno, en forma pura, para uso médico:es un lujo en la mayoría de los países de ingresos bajos y medianos.

Obtener acceso a oxígeno puro para tratamientos médicos es complicado, negocio caro y, a menudo, muy peligroso. La situación actual en la India es un duro recordatorio de este problema. La segunda ola de COVID-19 ha golpeado duramente al país, el número total de muertes acaba de superar las 200, 000 marca. El oxígeno es escaso.

Debido a la emergencia actual, Los ciudadanos indios han recurrido al mercado negro para comprar oxígeno muy por encima de su precio normal.

Esto ha sucedido en parte debido a la forma en que se produce el oxígeno, almacenados y transportados por todo el mundo. Es por eso que los científicos como yo estamos trabajando para encontrar una alternativa más barata.

Cuellos de botella

El oxígeno se obtiene principalmente del aire licuado. Los ingenieros convierten el aire que respiramos en líquido, utilizando una combinación de procesos que enfrían los gases hasta que se condensan. Una vez que hayan logrado licuar la mezcla, utilizan la destilación, el mismo proceso que se utiliza para hacer whisky y ginebra, para separar el aire en sus diferentes componentes, oxígeno entre ellos.

Este proceso requiere enormes cantidades de energía y enormes instalaciones industriales, por lo que se limita a unas pocas áreas del mundo, la mayoría de ellos en el norte global. El oxígeno líquido debe almacenarse y transportarse a gran presión. creando serios problemas logísticos y de seguridad, el oxígeno es realmente explosivo.

Esto significa que el principal cuello de botella de la producción de oxígeno es, precisamente, botellas. Estados Unidos depende de tuberías de alta resistencia para transportar oxígeno presurizado. En Europa, El transporte se realiza principalmente a través del oxígeno líquido transportado en grandes tanques. Para los países de bajos ingresos, La distribución se realiza en botellas.

Pero el mercado de las botellas de oxígeno está acorralado por solo un puñado de empresas químicas. El uso de botellas también agrega otra capa de preocupaciones de seguridad, ya que manipularlos correctamente requiere varias medidas de precaución y una formación adecuada. Por lo tanto, los países en desarrollo carecen tanto de la infraestructura necesaria para producir oxígeno líquido como para transportarlo de manera fácil y económica a un hospital.

De la nada

Otra forma de "producir" oxígeno es utilizando concentradores, dispositivos que eliminan de forma selectiva el nitrógeno, el gas que constituye el 78% de nuestra atmósfera, mediante una serie de membranas, materiales porosos y filtros. Estos comenzaron a producirse a mediados de los 70, y la tecnología está muy bien establecida.

Estos dispositivos convierten el aire en una corriente de gas enriquecido con oxígeno, típicamente por encima del 95% (el resto está formado principalmente por argón). Por lo general, esto es lo suficientemente bueno para respiradores y ventiladores. La ventaja de un concentrador es que se puede producir como un pequeño dispositivo para su uso en hospitales o residencias. Ahora existen concentradores disponibles comercialmente, pero son costosos y difíciles de producir en los países en desarrollo.

Por eso los científicos como yo estamos buscando soluciones. Mi equipo estudia nuevos tipos de materiales que almacenan y separan gases, algunos de los cuales ofrecen soluciones potencialmente asequibles para dispositivos como concentradores de oxígeno. Desarrollamos dos tipos principales de materiales:zeolitas (cristales de silicio, aluminio y oxígeno) y estructuras organometálicas (generalmente llamadas MOF). Ambos son materiales muy porosos; puedes imaginarlos como miniatura, esponjas del tamaño de una molécula.

Como esponjas Estos materiales porosos absorben más fluidos de los que imagina intuitivamente. Aunque los millones de poros dentro de las zeolitas y MOF pueden parecer diminutos, su superficie total es monumental. De hecho, un gramo de ciertos MOF que rompen récords tienen un área de superficie de más de 7, 000 metros cuadrados.

Pequeñas cantidades de zeolitas y MOF pueden almacenar grandes cantidades de fluidos, a menudo gases, y se han utilizado en el almacenamiento de gas, purificación, captura de carbono y recolección de agua.

Algunos de mi equipo, en asociación con la empresa de ingeniería Cambridge Precision, y el Centro para la Igualdad Global, han comenzado a investigar si se pueden utilizar para almacenar oxígeno. Hemos desarrollado un prototipo inicial que funciona. Esperamos tener un prototipo definitivo en dos meses, y después de esto, necesitaremos obtener la aprobación médica.

El proceso

El principio es bastante simple. Tenemos un cilindro de aluminio lleno de materiales porosos y hacemos circular una corriente de aire a través de él. Esto purifica el oxígeno hasta en un 95%, siendo el resto principalmente argón. El nitrógeno está atrapado en la zeolita debido a la forma en que la carga eléctrica se distribuye en átomos de nitrógeno, lo que significa que interactúa más fuertemente con el campo eléctrico de la zeolita. El oxígeno y el argón no lo son.

Por lo tanto, el nitrógeno permanece atrapado dentro de millones de poros diminutos, y los vaciamos más tarde después de almacenar nuestro oxígeno.

Generalmente, comercializamos nuestros materiales porosos a través de Immaterial, una derivación de la Universidad de Cambridge. Todavía, obtener enormes beneficios vendiendo oxígeno en una pandemia parecía inmoral. En África, por ejemplo, el oxígeno es cinco veces más caro que en Europa y Estados Unidos. Por lo tanto, nuestro equipo e Immaterial se asociaron con otros científicos en Cambridge para crear la Iniciativa del sistema de oxígeno y ventilación, OVSI, con el objetivo de avanzar y fabricar tratamientos de oxígeno asequibles.

Esperamos que las ventajas de un dispositivo concentrador de oxígeno económico sobrevivan a la pandemia. El suministro de oxígeno es clave para tratar la neumonía infantil y las enfermedades pulmonares crónicas, ambas afecciones que a nivel mundial matan a más personas que el SIDA o la malaria. Todo el mundo debería tener acceso al oxígeno, y la tecnología como la nuestra podría algún día ayudar a proporcionar ese acceso.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.