Debido a la pandemia de COVID-19, el oxígeno es hoy un lujo en la mayoría de los países de ingresos bajos y medianos, escribe el ingeniero molecular David Fairen-Jimenez.
Los países en desarrollo carecen de la infraestructura necesaria para producir oxígeno líquido y transportarlo al hospital de forma fácil y económica.
Fairen-Jimenez explica cómo él y otros científicos estudian una forma alternativa de «fabricar» oxígeno mediante concentradores que eliminan el nitrógeno.
Quizás en el pasado se consideraba el oxígeno un derecho humano. Pero la pandemia ha puesto de manifiesto 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 un negocio complicado, costoso y, con frecuencia, muy peligroso. La actual situación en India es un duro recordatorio de este problema. La segunda ola de COVID-19 ha golpeado con fuerza al país, y el número total de muertes acaba de superar la cifra de 200.000. El oxígeno está escaseando.
Debido a la emergencia actual, los ciudadanos indios han recurrido al mercado negro para comprar oxígeno a un precio muy superior al habitual.
Esto se debe en parte a la forma en que se produce, almacena y transporta el oxígeno en todo el mundo. Por eso los científicos como yo trabajamos para encontrar una alternativa más económica.
Cuellos de botella
El oxígeno se obtiene principalmente del aire licuado. Los ingenieros convierten el aire que respiramos en un líquido mediante una combinación de procesos que enfrían los gases hasta que se condensan. Una vez que logran licuar la mezcla, utilizan la destilación —el mismo proceso empleado para elaborar whisky y ginebra— para separar el aire en sus distintos componentes, entre ellos el oxígeno.
Este proceso requiere enormes cantidades de energía e instalaciones industriales de gran tamaño, por lo que solo se realiza en unas pocas zonas del mundo, la mayoría en el norte global. El oxígeno líquido debe almacenarse y transportarse bajo gran presión, lo que genera graves problemas logísticos y de seguridad: el oxígeno es realmente explosivo.
Esto significa que el principal cuello de botella de la producción de oxígeno son, precisamente, las botellas. Estados Unidos depende de tuberías de alta resistencia para transportar oxígeno presurizado. En Europa, el transporte se realiza principalmente mediante oxígeno líquido transportado en grandes tanques. En los países de menores ingresos, la distribución se realiza en botellas.
Pero el mercado de botellas de oxígeno está controlado por solo un puñado de empresas químicas. El uso de botellas también añade otra capa de problemas de seguridad, ya que su manipulación correcta requiere varias medidas de precaución y una formación adecuada. Por tanto, los países en desarrollo carecen tanto de la infraestructura necesaria para producir oxígeno líquido como de la que permitiría transportarlo al hospital de forma fácil y económica.
Sacado de la nada
Otra forma de «fabricar» oxígeno es utilizando concentradores, dispositivos que eliminan selectivamente el nitrógeno —el gas que constituye el 78 % de nuestra atmósfera— mediante una serie de membranas, materiales porosos y filtros. Estos comenzaron a fabricarse a mediados de los años setenta, y la tecnología está muy consolidada.
Estos dispositivos convierten el aire en una corriente de gas enriquecido en oxígeno, normalmente por encima del 95 % (el resto está formado principalmente por argón). Esto suele ser suficiente para respiradores y ventiladores. La ventaja de un concentrador es que puede fabricarse como un dispositivo pequeño para su uso en hospitales o residencias de cuidados. Concentradores disponibles en el mercado ya existen, pero son caros y difíciles de producir en los países en desarrollo.
Por eso los científicos como yo buscamos soluciones. Mi equipo estudia nuevos tipos de materiales que almacenan y separan gases, algunos de los cuales ofrecen soluciones potencialmente asequibles para dispositivos como los concentradores de oxígeno. Desarrollamos dos tipos principales de materiales: las zeolitas (cristales de silicio, aluminio y oxígeno) y las redes metalorgánicas (normalmente denominadas MOF). Ambos son materiales altamente porosos; puede imaginarlos como esponjas en miniatura, del tamaño de moléculas.
Al igual que las esponjas, estos materiales porosos adsorben más fluidos de lo que cabría imaginar intuitivamente. Aunque los millones de poros que hay en las zeolitas y los MOF pueden parecer diminutos, su superficie total es monumental. De hecho, un gramo de algunos MOF récord tiene una superficie de más de 7.000 metros cuadrados.
Cantidades mínimas de zeolitas y MOF pueden almacenar enormes cantidades de fluidos, a menudo gases, y se han utilizado en el almacenamiento de gases, la purificación, la captura de carbono y la captación de agua.
Parte de mi equipo, en colaboración con la empresa de ingeniería Cambridge Precision, y el Centro para la Igualdad Global, ha comenzado a estudiar si pueden utilizarse para almacenar oxígeno. Hemos desarrollado un primer prototipo que funciona. Esperamos contar con un prototipo final dentro de dos meses y, después de eso, necesitaremos obtener la aprobación médica.
El proceso
El principio es bastante sencillo. Disponemos de un cilindro de aluminio lleno de materiales porosos, y hacemos circular por él una corriente de aire. Así se purifica el oxígeno hasta un 95 %, siendo el resto principalmente argón. El nitrógeno queda atrapado en la zeolita debido a la forma en que se distribuye la carga eléctrica en los átomos de nitrógeno, lo que hace que interactúe con más fuerza con el campo eléctrico de la zeolita. El oxígeno y el argón no.
Por tanto, el nitrógeno permanece atrapado en el interior de los millones de diminutos poros, y los vaciamos más tarde, después de almacenar nuestro oxígeno.
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Normalmente, comercializamos nuestros materiales porosos a través de Immaterial, una empresa derivada de la Universidad de Cambridge. Sin embargo, obtener enormes beneficios vendiendo oxígeno en plena pandemia nos parecía inmoral. En África, por ejemplo, el oxígeno es cinco veces más caro que en Europa y Estados Unidos. Por ello, nuestro equipo e Immaterial se asociaron con otros científicos de Cambridge para crear la Iniciativa de Sistemas de Oxígeno y Ventiladores, OVSI, con el objetivo de avanzar en la fabricación de tratamientos de oxígeno asequibles.
Esperamos que las ventajas de un concentrador de oxígeno barato sobrevivan a la pandemia. El suministro de oxígeno es fundamental para tratar la neumonía infantil y las enfermedades pulmonares crónicas —dos afecciones que, a escala mundial, matan a más personas que el sida o la malaria. Todos deberían tener acceso al oxígeno, y tecnologías como la nuestra podrían algún día contribuir a garantizar ese acceso.
