As pessoas podem ter considerado o oxigênio um direito humano. Mas a pandemia revelou que o acesso ao oxigênio – na forma pura, para uso médico – é um luxo na maioria dos países de baixa e média renda.
Obter acesso a oxigênio puro para tratamentos médicos é um negócio complicado, caro e frequentemente muito perigoso. A situação atual na Índia é um lembrete severo dessa questão. A segunda onda de COVID-19 atingiu fortemente o país, o número total de mortes acaba de ultrapassar a marca de 200.000. O oxigênio está em falta.
Por causa da atual emergência, os cidadãos indianos recorreram ao mercado negro para comprar oxigênio muito acima do preço normal.
Isso aconteceu em parte devido à maneira como o oxigênio é produzido, armazenado e transportado ao redor do 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. Os engenheiros transformam o ar que respiramos em líquido, usando uma combinação de processos que resfriam os gases até que se condensem. Depois de liquefazer a mistura, eles usam a destilação – o mesmo processo usado para fazer uísque e gim – para separar o ar em seus diferentes componentes, o oxigênio entre eles.
Este processo requer enormes quantidades de energia e enormes instalações industriais, por isso é limitado a apenas algumas áreas do mundo, a maioria delas no norte global. O oxigênio líquido deve ser armazenado e transportado sob grande pressão, criando sérios problemas logísticos e de segurança – o oxigênio é realmente explosivo.
Isso significa que o principal gargalo da produção de oxigênio são, precisamente, as garrafas. Os EUA dependem de tubos pesados para transportar oxigênio pressurizado. Na Europa, o transporte é feito principalmente por meio de oxigênio líquido 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, já que manuseá-las corretamente requer várias medidas de precaução e treinamento adequado. Os países em desenvolvimento, portanto, não têm a infraestrutura necessária para produzir oxigênio líquido e para transportá-lo de forma fácil e barata para um hospital.
A partir do nada
Outra forma de “fazer” o oxigênio é por meio de concentradores, dispositivos que removem seletivamente o nitrogênio – o gás que constitui 78% da nossa atmosfera – por meio de 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 de 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 comercialmente disponíveis, 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 esponjas em miniatura 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 quebraram recordes apresenta uma área de superfície de mais de 7.000 metros quadrados.
Pequenas quantidades de zeólitas e MOFs podem armazenar grandes quantidades de fluidos, geralmente gases, e têm sido usados no armazenamento de gás, purificação, captura de carbono e coleta de água.
Alguns membros da minha equipe, em parceria com a empresa de engenharia Cambridge Precision e o Center for Global Equality, começaram a investigar se podem ser usados para armazenar oxigênio. Nós desenvolvemos um protótipo inicial que funciona. Esperamos ter um protótipo final pronto 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 é preso no zeólito por causa da forma como a carga elétrica é distribuída nos átomos de nitrogênio, o que significa que ele interage mais fortemente com o campo elétrico do zeólito. Oxigênio e argônio, não.
O nitrogênio, portanto, fica preso dentro dos milhões de minúsculos poros, e nós os esvaziamos mais tarde, depois de armazenar nosso oxigênio.
Normalmente, comercializamos nossos materiais porosos por meio da Immaterial, um spin-out da Universidade de Cambridge. No entanto, ter lucros enormes 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 desenvolver 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 condições que matam mais pessoas no mundo do que a AIDS ou a malária. Todos deveriam ter acesso a oxigênio, e uma tecnologia como a nossa poderia um dia ajudar a fornecer esse acesso.
Publicado em 02/05/2021 11h39
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