Kun COVID-19 kiertää maailmaa tällä hetkellä 287 000 uudella tapauksella päivässä (2 miljoonaa viikossa) lokakuun 1. päivästä 2020 alkaen, jatkuva ongelma on edelleen suurelta osin ratkaisematta: happipula. COVID hyökkää keuhkoihin ja vähentää hengityskapasiteettia; potilaat, joiden ennuste on vakava tai kriittinen, tarvitsevat lisähappea pysyäkseen hengissä. Vaikka monet meistä ovat tietoisia tästä tarpeesta, ongelman laajuus on valtava.
Happiongelman laajuus
- WHO:n mukaan, kun COVID-tautitapauksia on viikoittain 2 miljoonaa, maailma tarvitsee päivittäin 1 240 000 kuutiometriä lisää lääkkeellistä happikaasua, mikä vastaa 176 000:aa isoa 1,5 jalan pituista kaasupullosäiliötä, taistellakseen vastaan virusta. Lähde: J-happipullon päivittäinen hinta vaihtelee 112 dollarista Guineassa (kuljetus mukaan luettuna) 23 dollariin Keniassa. COVID on lisännyt hintakilpailua ja pimeitä markkinoita – Perussa säiliö maksaa nyt 10 kertaa enemmän kuin vuonna 2019.
- Puuteasteet ja todellinen tarve vaihtelevat suuresti eri puolilla maailmaa: Kiinassa tarvitaan eniten happea ja Afrikassa on pahin puute. Lähde:
COVID-potilas tarvitsee vakavassa vaiheessa 10 l happea minuutissa ja kriittisessä vaiheessa (yleensä invasiivisen ventilaation vaiheessa) 30 l happea minuutissa. Ekstrapoloimalla WHO:n kesäkuun 6. päivän arvio, joka perustuu 2 miljoonaan infektioon viikossa, COVID aiheuttaa 1,2 miljardin litran lisäkysynnän lääketieteelliselle happikaasulle päivässä, mikä merkitsee yli 60 prosentin lisäkuormitusta järjestelmälle. Kesäkuun alussa, kun useissa maissa oli jo pulaa, tämä luku oli puolet nykyisestä.
Hapen saatavuuden nykyinen ongelma on monitahoinen; ongelman pohjalla on sen tuottaminen (liian vähän laitoksia ja konsentraattoreita), sitten jakelu ja tehokkuus lääketieteellisessä käytössä. Tiivistetyn lääkinnällisen happipitoisuuden optimaalinen maailmanlaajuinen tarve arvioitiin 10 miljardiksi litraksi päivässä; todennäköinen todellinen käyttö oli lähempänä 2 miljardia litraa 02, ennen COVIDia. Lähde: PATH / OSMS Estimate
OSMS:n vapaasti saatavilla oleva tutkimusasiakirja
OSMS:ssä olemme tutkineet ja analysoineet ongelmaa useissa maissa eri puolilla maailmaa. Olemme asettaneet meneillään olevan tutkimuksemme vapaasti saataville (nykyinen versio: 1.0) auttaaksemme yksityishenkilöitä ja organisaatioita ymmärtämään ongelman laajuutta ja antaaksemme näkemyksiä meneillään olevista ratkaisukeinoista. Asiakirja sisältää ongelma-analyysin, teollisuusanalyysin, laskureita, jotka auttavat arvioimaan ongelman laajuutta kansallisella tasolla, ja meneillään olevia ratkaisupolkuja.
Hapen tuottamisen kustannus menetelmittäin
Monissa suurissa tehokkaissa sairaaloissa hyödynnetään toimitettua nestemäistä happea, joka voidaan varastoida suurissa säiliöissä laitospaikalla, mutta tämä edellyttää kehittynyttä teollisuutta. Tässä on kustannusvertailu nykyisistä ratkaisuista:
| Tyyppi | Philipps M10 | HVO 120 | 180 LOx Toimitus | Peruvian 25m3 PSA | |
| Litraa päivässä | 14,400L | 172,800L | 154,980L | 600,000L | |
| Ostohinta | $1,500 | $45,000 | $175 per toimitus | $300,000 | |
| Kustannus tuottaa 100 M litraa O2:ta 200 päivässä |
$52,083 | $130,208 | $112,917 | $250,000 |
Henkilökohtaiset konsentraattorit tarjoavat yllättäen parhaan hinnan litraa tuotettua happea kohden. Ne ovat jo nyt sairaaloiden päivystyskäytössä, mutta nähtäväksi jää, kuinka tehokkaita nämä koneet ovat todellisessa ympäristössä, jossa monet potilaat tarvitsevat happea samanaikaisesti. WHO varoittaa, että henkilökohtaisilla konsentraattoreilla on sekä huolto- että tuotanto-ongelmia.
Tässä vaiheessa olevat ratkaisut
Hapen tuottamisen ongelma on ollut olemassa ainakin maaliskuusta 2020 lähtien; ratkaisut ovat olleet moninaisia, mutta potentiaalisesti katastrofaalista pulaa esiintyy edelleen, erityisesti kehitysmaissa. On olemassa kolme ensisijaista reittiä ongelman ratkaisemiseksi, ja niitä on todennäköisesti käytettävä samanaikaisesti. Kaksi niistä on teollisessa mittakaavassa (mikä tarkoittaa, että ne vaativat suuria taloudellisia resursseja toteutukseen), yksi niistä on ruohonjuuritason mittakaavassa ja se voidaan ottaa käyttöön maker-liikkeen toimesta.
Olemassa olevan nestemäisen (kryogeenisen) hapen tuotannon jakaminen
- Plussaa: Välittömästi sovellettavissa, suurin tuotantomittakaava
- Miinukset: Edellyttää olemassa olevaa ja kallista infrastruktuuria, edellyttää teollisuuden yhteistyötä
Kehittyneellä teknologialla on mahdollista tuottaa nestemäistä happea -183 °C:n lämpötilassa, mikä mahdollistaa paljon nopeamman kuljetuksen, mutta kasvattaa jyrkästi huoltotarpeita ja korkeasti koulutettuja insinöörejä sekä jäähdytysinfrastruktuurin vaatimuksia. Nestemäistä happea tuottavat laitokset ovat suuri taloudellinen investointi, ja ne vaativat mittavat rakennustyöt; keskikokoisen kryogeenisen laitoksen perustaminen voi maksaa 60 miljoonaa dollaria.
Lyhyemmän aikavälin toteuttamiskelpoinen ratkaisu COVID-19:n aikana on siis olemassa olevan tuotantokapasiteetin ohjaaminen lääketieteen alalle.
On tärkeää huomata, että Novairin toimitusjohtajan mukaan happipula ei ole vain ”kehitysmaiden ongelma: ”Huomaamme, että hapen saannista on tulossa yleinen huolenaihe. Kehittyneissä maissa nestemäisen hapen jakelujärjestelmä ja pullot ovat suuresta olemassa olevasta kapasiteetista huolimatta saavuttaneet rajansa. Meille on kerrottu, että joissakin paikoissa on pulaa lääkinnällisestä hapesta, ja meitä pyydetään toimittamaan happigeneraattoreita sairaaloihin tukemaan nykyistä happilähdettä.”
Vaikka tämä LOx on tarkoitettu teolliseen käyttöön, sen korkea puhtausaste tekee siitä todennäköisesti käyttökelpoisen lääketieteellisessä yhteydessä; monet teolliset LOx-tehtaat eri puolilla maailmaa ovat sitoutuneet varaamaan 10-30 prosenttia tuotannosta COVIDin torjuntatarkoituksiin.
Laajamittaisen kansainvälisen avun kannalta yksi tapa voisi olla LOxin ostaminen irtotavarana ja sen kuljettaminen sitä tarvitseviin maihin – mitä jo jossain määrin tehdäänkin.
PSA-laitosten ostaminen ja asentaminen
- Plussaa: Voidaan ottaa käyttöön muutamassa viikossa, toimii mittakaavassa
- Miinukset: Kalliit investoinnit uusiin laitteisiin, vaatii COVIDin jälkeisiä infrastruktuuriaikomuksia, toteutettavissa vain kaupungeissa
Painekiertoabsorptio on joustavin prosessi lääketieteellisen hapen tuottamiseen. Nämä laitokset voidaan hankkia ja ottaa käyttöön muutamassa viikossa, ja ne merkitsevät jatkuvaa investointia happi-infrastruktuuriin. Useat hallitukset eri puolilla maailmaa ovat investoineet 5-20 miljoonaa dollaria laajentaakseen hapen tuotantokapasiteettiaan tällä tavoin sillä perusteella, että jopa sen jälkeen, kun COVID on hoidettu, nämä koneet auttavat taistelemaan keuhkokuumetta ja muita hengityselinsairauksia vastaan, joita ei ollut riittävästi hapella ennen pandemian alkamista.
Yksi keskisuuren mittakaavan PSA-laitteisto tuottaa 2-190 m3 happea tunnissa (eli 48-4,500 m3 päivässä), ja kumpikin laitos painaa noin 1,5-20 tonnia. Esimerkiksi COVID-pulan torjumiseksi hankittu perulainen PSA-laitos tuotti 25 m3/h, ja sen hankinta- ja asennuskustannukset olivat noin 300 000 dollaria. Pienemmät HVO-laitteet (High Volume Oxygen) maksavat 45 000 dollaria yksikköä kohti, 450 dollaria kuukaudessa sähkö- ja huoltokustannuksia, ja niillä voidaan tuottaa 120 litraa minuutissa. Skid-mounted PSA:n asennuksen läpimenoaika on nyt laskenut lähes kahteen viikkoon kehittyneissä maissa.
Henkilökohtaisten happikonsentraattoreiden osto tai paikallinen tuotanto
- Plussaa: Edullisin tapa tuottaa happea, toimii maaseutuympäristöissä, voidaan rakentaa paikallisesti muutamassa päivässä, olemassa olevia avoimen lähdekoodin ratkaisuja, toteuttamiskelpoinen väliaikaisratkaisu
- Miinukset: Tuntematon tehokkuus mittakaavassa, mahdollisia paine- ja huolto-ongelmia käyttöönotossa
Henkilökohtaiset happikonsentraattorit ovat puolimobiilisia yksiköitä, jotka voivat tuottaa jopa 15 litraa minuutissa; tämä riittää vakavalle potilaalle, mutta vähintään kaksi rinnakkaista yksikköä tarvittaisiin kriittisen potilaan, joka tarvitsee keskimäärin 30 litraa minuutissa, huoltoon.
Henkilökohtaiset happikonsentraattorit tarjoavat yllättäen yllä olevan analyysimme mukaan parhaan hinnan litraa tuotettua happea kohti lyhyellä aikavälillä. Ne ovat jo nyt sairaaloiden hätäkäytössä, mutta nähtäväksi jää, kuinka tehokkaita nämä koneet ovat todellisessa ympäristössä, jossa monet potilaat tarvitsevat happea samanaikaisesti. WHO varoittaa, että henkilökohtaisilla konsentraattoreilla on huolto- ja tuotanto-ongelmia. Vaikka laitteita on saatavilla kaupallisesti noin 1 500 dollarin hintaan 10 litraa minuutissa tuottavasta laitteesta, useita avoimen lähdekoodin projekteja on käynnissä.
Tällä hetkellä lupaavin edullinen ratkaisu on OxiKit, DIY Open Source Oxygen Concentrator, joka voi tuottaa mahdollisesti 15 litraa minuutissa. Useat ryhmät, kuten kanadalainen COSMIC Medical, tekevät parhaillaan testejä ja niihin liittyviä suunnitelmia.
Mitä tekijät voivat tehdä
Tulevaisuus on epävarma. Sen tiedämme, että ongelma jatkuu todennäköisesti pitkälle vuoteen 2021, jos pandemia jatkaa nykyistä kulkuaan. Tekijät voivat sitoutua seuraavilla tavoilla auttamaan ongelman pysäyttämisessä, kunnes hallitukset ja kansalaisjärjestöt ovat puuttuneet ongelmaan teollisessa mittakaavassa.