La gente una volta avrebbe potuto considerare l'ossigeno un diritto umano. Ma la pandemia ha rivelato che l'accesso all'ossigeno, in forma pura, per uso medico, è un lusso nella maggior parte dei paesi a basso e medio reddito.

Ottenere l'accesso all'ossigeno puro per le cure mediche è complicato, affari costosi e spesso molto pericolosi. L'attuale situazione in India è un duro promemoria di questo problema. La seconda ondata di COVID-19 ha colpito duramente il Paese, il totale dei decessi ha appena superato i 200, 000 marchio. L'ossigeno scarseggia.

A causa dell'attuale emergenza, I cittadini indiani si sono rivolti al mercato nero per acquistare ossigeno molto al di sopra del suo prezzo normale.

Ciò è avvenuto in parte a causa del modo in cui viene prodotto l'ossigeno, immagazzinati e trasportati in tutto il mondo. Ecco perché gli scienziati come me stanno lavorando per trovare un'alternativa più economica.

colli di bottiglia

L'ossigeno è principalmente ottenuto dall'aria liquefatta. Gli ingegneri trasformano l'aria che respiriamo in un liquido, utilizzando una combinazione di processi che raffreddano i gas fino alla condensa. Una volta che sono riusciti a liquefare il mix, usano la distillazione, lo stesso processo utilizzato per produrre whisky e gin, per separare l'aria nei suoi diversi componenti, ossigeno tra di loro.

Questo processo richiede enormi quantità di energia e enormi strutture industriali, quindi è limitato a poche aree del mondo, la maggior parte di loro nel nord del mondo. L'ossigeno liquido deve essere immagazzinato e trasportato sotto forte pressione, creando seri problemi logistici e problemi di sicurezza:l'ossigeno è davvero esplosivo.

Ciò significa che il principale collo di bottiglia della produzione di ossigeno è, precisamente, bottiglie. Gli Stati Uniti si affidano a tubi pesanti per trasportare ossigeno pressurizzato. In Europa, il trasporto avviene principalmente tramite ossigeno liquido trasportato in grandi cisterne. Per i paesi a basso reddito, la distribuzione avviene in bottiglie.

Ma il mercato delle bombole di ossigeno è circondato solo da una manciata di aziende chimiche. L'uso di bottiglie aggiunge anche un altro livello di problemi di sicurezza, poiché la loro corretta manipolazione richiede diverse misure precauzionali e un'adeguata formazione. I paesi in via di sviluppo mancano quindi sia delle infrastrutture necessarie per produrre ossigeno liquido sia di quelle per trasportarlo facilmente ed economicamente in un ospedale.

Dal nulla

Un altro modo per "produrre" ossigeno è usare i concentratori, dispositivi che rimuovono selettivamente l'azoto, il gas che costituisce il 78% della nostra atmosfera, utilizzando una serie di membrane, materiali porosi e filtri. Questi hanno iniziato a essere prodotti a metà degli anni '70, e la tecnologia è molto ben consolidata.

Questi dispositivi trasformano l'aria in un flusso di gas arricchito di ossigeno, tipicamente superiore al 95% (il resto è formato principalmente da argon). Questo di solito è abbastanza buono per respiratori e ventilatori. Il vantaggio di un concentratore è che può essere prodotto come un piccolo dispositivo da utilizzare negli ospedali o nelle case di cura. Attualmente esistono concentratori disponibili in commercio, ma sono costosi e difficili da produrre nei paesi in via di sviluppo.

Questo è il motivo per cui gli scienziati come me cercano soluzioni. Il mio team studia nuovi tipi di materiali che immagazzinano e separano i gas, alcuni dei quali forniscono soluzioni potenzialmente convenienti per dispositivi come i concentratori di ossigeno. Sviluppiamo due tipi principali di materiali:zeoliti (cristalli di silicio, alluminio e ossigeno) e strutture metallo-organiche (di solito chiamate MOF). Entrambi sono materiali altamente porosi; puoi immaginarli in miniatura, spugne delle dimensioni di una molecola.

come spugne, questi materiali porosi assorbono più fluidi di quanto tu possa immaginare intuitivamente. Sebbene i milioni di pori all'interno di zeoliti e MOF possano sembrare minuscoli, la loro superficie totale è monumentale. Infatti, un grammo di alcuni MOF da record presenta una superficie di oltre 7, 000 metri quadrati.

Piccole quantità di zeoliti e MOF possono immagazzinare enormi quantità di fluidi, spesso gas, e sono stati utilizzati nello stoccaggio del gas, purificazione, cattura del carbonio e raccolta dell'acqua.

Alcuni della mia squadra, in collaborazione con la società di ingegneria Cambridge Precision, e il Centro per l'uguaglianza globale, hanno iniziato a verificare se possono essere utilizzati per immagazzinare ossigeno. Abbiamo sviluppato un prototipo iniziale che funziona. Speriamo di avere un prototipo finale in atto tra due mesi, e dopo questo dovremo cercare l'approvazione medica.

Il processo

Il principio è abbastanza semplice. Abbiamo un cilindro di alluminio pieno di materiali porosi e attraverso di esso facciamo circolare un flusso d'aria. Questo purifica l'ossigeno fino al 95%, mentre il resto è principalmente argon. L'azoto è intrappolato nella zeolite a causa del modo in cui la carica elettrica è distribuita negli atomi di azoto, il che significa che interagisce più fortemente con il campo elettrico della zeolite. L'ossigeno e l'argon non lo sono.

L'azoto rimane quindi intrappolato all'interno dei milioni di minuscoli pori, e li svuotiamo più tardi dopo aver immagazzinato il nostro ossigeno.

Generalmente, commercializziamo i nostri materiali porosi attraverso Immaterial, uno spin-out dell'Università di Cambridge. Ancora, fare enormi profitti vendendo ossigeno in una pandemia sembrava immorale. In Africa, Per esempio, l'ossigeno è cinque volte più costoso che in Europa e negli Stati Uniti. Il nostro team e Immaterial hanno quindi collaborato con altri scienziati a Cambridge per creare l'Oxygen and Ventilator System Initiative, OVSI, con l'obiettivo di far progredire e produrre trattamenti all'ossigeno a prezzi accessibili.

Speriamo che i vantaggi di un concentratore di ossigeno economico sopravvivano alla pandemia. L'apporto di ossigeno è fondamentale per curare la polmonite infantile e le malattie polmonari croniche, entrambe condizioni che uccidono globalmente più persone dell'AIDS o della malaria. Tutti dovrebbero avere accesso all'ossigeno, e la tecnologia come la nostra potrebbe un giorno aiutare a fornire tale accesso.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.