As pessoas podem ter considerado o oxigênio um direito humano. Mas a pandemia revelou que o acesso ao oxigênio - em uma forma pura, para uso médico - é um luxo na maioria dos países de baixa e média renda.

Ter acesso a oxigênio puro para tratamentos médicos é complicado, um negócio caro e frequentemente muito perigoso. A situação atual na Índia é um lembrete severo dessa questão. A segunda onda de COVID-19 atingiu duramente o país, o número total de mortes acaba de passar de 200, Marca 000. O oxigênio está em falta.

Por causa da emergência atual, Os cidadãos indianos recorreram ao mercado negro para comprar oxigênio muito acima do preço normal.

Isso aconteceu em parte devido à forma como o oxigênio é produzido, armazenados e transportados em todo o mundo. É por isso que cientistas como eu estão trabalhando para encontrar uma alternativa mais barata.

Gargalos

O oxigênio é obtido principalmente do ar liquefeito. Engenheiros transformam o ar que respiramos em líquido, usando uma combinação de processos que resfriam os gases até que eles se condensem. Depois de liquefazer a mistura, eles usam destilação - o mesmo processo usado para fazer uísque e gim - para separar o ar em seus diferentes componentes, oxigênio entre eles.

Este processo requer enormes quantidades de energia e enormes instalações industriais, então é limitado a apenas algumas áreas do mundo, a maioria deles no norte global. O oxigênio líquido deve ser armazenado e transportado sob grande pressão, criando sérios problemas logísticos e preocupações de segurança - o oxigênio é realmente explosivo.

Isso significa que o principal gargalo da produção de oxigênio é, precisamente, garrafas. Os EUA dependem de tubos pesados ​​para transportar oxigênio pressurizado. Na Europa, o transporte é feito principalmente por meio de oxigênio líquido, transportado em grandes tanques. Para países de baixa renda, a distribuição é feita em garrafas.

Mas o mercado de garrafas de oxigênio é controlado por apenas um punhado de empresas químicas. Usar garrafas também adiciona outra camada de preocupações de segurança, como manuseá-los corretamente requer várias medidas de precaução e treinamento adequado. Os países em desenvolvimento, portanto, carecem tanto da infraestrutura necessária para produzir oxigênio líquido quanto para transportá-lo de forma fácil e barata para um hospital.

a partir do nada

Outra forma de "fazer" oxigênio é usando concentradores, dispositivos que removem seletivamente o nitrogênio - o gás que constitui 78% da nossa atmosfera - usando uma série de membranas, materiais porosos e filtros. Eles começaram a ser produzidos em meados dos anos 70, e a tecnologia está muito bem estabelecida.

Esses dispositivos transformam o ar em um fluxo de gás enriquecido com oxigênio, normalmente acima de 95% (o resto é formado principalmente por argônio). Isso geralmente é bom o suficiente para respiradores e ventiladores. A vantagem de um concentrador é que ele pode ser produzido como um pequeno dispositivo para ser usado em hospitais ou lares de idosos. Existem agora concentradores disponíveis comercialmente, mas são caros e difíceis de produzir nos países em desenvolvimento.

É por isso que cientistas como eu estão procurando soluções. Minha equipe estuda novos tipos de materiais que armazenam e separam gases, alguns dos quais fornecem soluções potencialmente acessíveis para dispositivos como concentradores de oxigênio. Desenvolvemos dois tipos principais de materiais - zeólitas (cristais de silício, alumínio e oxigênio) e estruturas metal-orgânicas (geralmente chamadas de MOFs). Ambos são materiais altamente porosos; você pode imaginá-los como miniaturas, esponjas do tamanho de uma molécula.

Como esponjas, esses materiais porosos adsorvem mais fluidos do que você imagina intuitivamente. Embora os milhões de poros dentro de zeólitas e MOFs possam parecer minúsculos, sua área de superfície total é monumental. Na verdade, um grama de certos MOFs que quebram recordes apresentam uma área de superfície de mais de 7, 000 metros quadrados.

Pequenas quantidades de zeólitas e MOFs podem armazenar grandes quantidades de fluidos, frequentemente gases, e eles têm sido usados ​​no armazenamento de gás, purificação, captura de carbono e colheita de água.

Alguns de minha equipe, em parceria com a empresa de engenharia Cambridge Precision, e o Center for Global Equality, começaram a investigar se eles podem ser usados ​​para armazenar oxigênio. Desenvolvemos um protótipo inicial que funciona. Esperamos ter um protótipo final no lugar em dois meses, e depois disso, precisaremos buscar aprovação médica.

O processo

O princípio é bastante simples. Temos um cilindro de alumínio cheio de materiais porosos e circulamos um fluxo de ar por ele. Isso purifica o oxigênio em até 95% - com o restante sendo principalmente argônio. O nitrogênio fica preso na zeólita por causa da forma como a carga elétrica é distribuída nos átomos de nitrogênio, o que significa que interage mais fortemente com o campo elétrico do zeólito. Oxigênio e argônio, não.

O nitrogênio, portanto, fica preso dentro de milhões de minúsculos poros, e nós os esvaziamos mais tarde, após armazenar nosso oxigênio.

Usualmente, comercializamos nossos materiais porosos através da Imaterial, um spin-out da Universidade de Cambridge. Ainda, ganhar enormes lucros vendendo oxigênio em uma pandemia parecia imoral. Na África, por exemplo, o oxigênio é cinco vezes mais caro do que na Europa e nos Estados Unidos. Nossa equipe e a Immaterial, portanto, formaram uma parceria com outros cientistas em Cambridge para criar a Iniciativa do Sistema de Oxigênio e Ventilador, OVSI, com o objetivo de avançar e fabricar tratamentos de oxigênio acessíveis.

Esperamos que as vantagens de um dispositivo concentrador de oxigênio barato sobrevivam à pandemia. O suprimento de oxigênio é fundamental para tratar a pneumonia infantil e as doenças pulmonares crônicas - ambas as condições que matam mais pessoas no mundo do que a AIDS ou a malária. Todos devem ter acesso a oxigênio, e uma tecnologia como a nossa pode um dia ajudar a fornecer esse acesso.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.