Les gens auraient pu autrefois considérer l'oxygène comme un droit humain. Mais la pandémie a révélé que l'accès à l'oxygène, sous une forme pure, à usage médical – est un luxe dans la plupart des pays à revenu faible et intermédiaire.

L'accès à de l'oxygène pur pour les traitements médicaux est une tâche compliquée, entreprise coûteuse et souvent très dangereuse. La situation actuelle en Inde est un rappel brutal de cette question. La deuxième vague de COVID-19 a durement touché le pays, le nombre total de décès vient de dépasser les 200, 000 points. L'oxygène manque.

En raison de l'urgence actuelle, Les citoyens indiens se sont tournés vers le marché noir pour acheter de l'oxygène bien au-dessus de son prix habituel.

Cela s'est produit en partie à cause de la façon dont l'oxygène est produit, stockées et transportées dans le monde entier. C'est pourquoi des scientifiques comme moi s'efforcent de trouver une alternative moins chère.

Goulots d'étranglement

L'oxygène est principalement obtenu à partir de l'air liquéfié. Les ingénieurs transforment l'air que nous respirons en liquide, en utilisant une combinaison de processus qui refroidissent les gaz jusqu'à ce qu'ils se condensent. Une fois qu'ils ont réussi à liquéfier le mélange, ils utilisent la distillation - le même processus utilisé pour faire du whisky et du gin - pour séparer l'air en ses différents composants, l'oxygène parmi eux.

Ce procédé nécessite d'énormes quantités d'énergie et d'énormes installations industrielles, il est donc limité à quelques régions du monde, la plupart d'entre eux dans le nord global. L'oxygène liquide doit être stocké et transporté sous une grande pression, créant de sérieux problèmes de logistique et de sécurité, l'oxygène est vraiment explosif.

Cela signifie que le principal goulot d'étranglement de la production d'oxygène est, précisément, bouteilles. Les États-Unis s'appuient sur des tuyaux robustes pour transporter l'oxygène sous pression. En Europe, le transport se fait principalement par l'oxygène liquide transporté dans de grands réservoirs. Pour les pays à faible revenu, la distribution se fait en bouteilles.

Mais le marché des bouteilles d'oxygène n'est accaparé que par une poignée d'entreprises chimiques. L'utilisation de bouteilles ajoute également une autre couche de problèmes de sécurité, car les manipuler correctement nécessite plusieurs mesures de précaution et une formation appropriée. Les pays en développement manquent donc à la fois des infrastructures nécessaires pour produire de l'oxygène liquide et de celles pour le transporter facilement et à moindre coût vers un hôpital.

De nulle part

Une autre façon de "faire" de l'oxygène est d'utiliser des concentrateurs, dispositifs qui éliminent sélectivement l'azote - le gaz qui constitue 78 % de notre atmosphère - à l'aide d'une série de membranes, matériaux poreux et filtres. Ceux-ci ont commencé à être produits au milieu des années 70, et la technologie est très bien établie.

Ces appareils transforment l'air en un flux de gaz enrichi en oxygène, généralement au-dessus de 95% (le reste est principalement constitué d'argon). C'est généralement assez bon pour les respirateurs et les ventilateurs. L'avantage d'un concentrateur est qu'il peut être produit comme un petit appareil à utiliser dans les hôpitaux ou les maisons de soins. Des concentrateurs disponibles dans le commerce existent maintenant, mais ils sont chers et difficiles à produire dans les pays en développement.

C'est pourquoi les scientifiques comme moi cherchent des solutions. Mon équipe étudie de nouveaux types de matériaux qui stockent et séparent les gaz, dont certains offrent des solutions potentiellement abordables pour des appareils tels que des concentrateurs d'oxygène. Nous développons deux grands types de matériaux :les zéolithes (cristaux de silicium, aluminium et oxygène) et des charpentes métallo-organiques (généralement appelées MOF). Les deux sont des matériaux très poreux; vous pouvez les imaginer en miniature, éponges de la taille d'une molécule.

Comme des éponges, ces matériaux poreux adsorbent plus de fluides que vous ne l'imaginez intuitivement. Bien que les millions de pores à l'intérieur des zéolites et des MOF puissent sembler minuscules, leur superficie totale est monumentale. En réalité, un gramme de certains MOF record présente une surface de plus de 7, 000 mètres carrés.

De minuscules quantités de zéolites et de MOF peuvent stocker d'énormes quantités de fluides, souvent des gaz, et ils ont été utilisés dans le stockage de gaz, purification, capture du carbone et récupération de l'eau.

Une partie de mon équipe, en partenariat avec la société d'ingénierie Cambridge Precision, et le Centre pour l'égalité mondiale, ont commencé à chercher s'ils peuvent être utilisés pour stocker de l'oxygène. Nous avons développé un premier prototype qui fonctionne. Nous espérons avoir un prototype final en place dans deux mois, et après cela, nous devrons demander une approbation médicale.

Le processus

Le principe est assez simple. Nous avons un cylindre en aluminium rempli de matériaux poreux et nous y faisons circuler un flux d'air. Cela purifie l'oxygène jusqu'à 95% - le reste étant principalement de l'argon. L'azote est piégé dans la zéolithe en raison de la répartition de la charge électrique dans les atomes d'azote, ce qui signifie qu'il interagit plus fortement avec le champ électrique de la zéolite. L'oxygène et l'argon ne le sont pas.

L'azote reste donc piégé à l'intérieur des millions de minuscules pores, et nous les vidons plus tard après avoir stocké notre oxygène.

D'habitude, nous commercialisons nos matériaux poreux à travers l'Immatériel, une spin-out de l'Université de Cambridge. Encore, faire d'énormes profits en vendant de l'oxygène dans une pandémie semblait immoral. En Afrique, par exemple, l'oxygène est cinq fois plus cher qu'en Europe et aux États-Unis. Notre équipe et Immaterial se sont donc associés à d'autres scientifiques de Cambridge pour créer l'initiative Oxygen and Ventilator System, OVSI, dans le but de faire progresser et de fabriquer des traitements à l'oxygène abordables.

Nous espérons que les avantages d'un concentrateur d'oxygène bon marché survivront à la pandémie. L'approvisionnement en oxygène est essentiel pour traiter la pneumonie infantile et les maladies pulmonaires chroniques, deux affections qui tuent globalement plus de personnes que le sida ou le paludisme. Tout le monde devrait avoir accès à l'oxygène, et une technologie comme la nôtre pourrait un jour contribuer à fournir cet accès.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.