Como a COVID-19 contorna o mundo com atualmente 287.000 novos casos por dia (2 milhões por semana) a partir de 1 de outubro de 2020, uma questão em andamento permanece em grande parte por resolver: a escassez de oxigênio. A COVID ataca os pulmões e reduz a capacidade respiratória; pacientes com um prognóstico grave ou crítico requerem oxigênio suplementar para se manterem vivos. Enquanto muitos de nós estamos conscientes dessa necessidade, a escala do problema é enorme.
A Escala do Problema do Oxigênio
- De acordo com a OMS, com 2 milhões de novos casos de COVID a cada semana, o mundo precisa de um adicional de 1.240.000 metros cúbicos de gás oxigênio medicinal por dia, equivalente a 176.000 grandes tanques cilíndricos de 5 pés de comprimento, para combater o vírus. Fonte: U. de Minnesota / OMS, 6 de Junho
- Um tanque de um cilindro trata cerca de um adulto por dia; o preço diário de um cilindro “J” de oxigénio varia de $112 na Guiné, (incluindo transporte), a $23 no Quénia. A COVID criou ainda mais mercados de preços e negros – no Peru, um tanque custa agora 10x mais do que em 2019.
- Graus de escassez e volume de necessidades reais variam maciçamente em todo o mundo, com a China a precisar do maior volume e a África a ter a escassez mais grave. Fonte: McKinsey , 25 de agosto
Um paciente COVID requer 10L de Oxigênio por minuto no estágio grave, e 30L de Oxigênio por minuto no estágio crítico (geralmente no estágio de ventilação invasiva). Extrapolando a estimativa de 6 de junho da OMS baseada em 2 milhões de infecções por semana, a COVID cria uma demanda adicional de 1,2 bilhões de litros de gás de Oxigênio médico por dia, uma carga adicional de 60+% no sistema. No início de junho, quando a escassez já ocorria em vários países, este número era metade do que é agora.
O problema atual da disponibilidade de Oxigênio é múltiplo; a geração está na base do problema (não há plantas e concentradores suficientes), seguido pela distribuição e eficiência no uso médico. A necessidade global ótima de O2 concentrado médico foi estimada em 10 bilhões de L por dia; o uso real provável foi mais próximo de 2 bilhões de litros 02, pré-COVID. Fonte: O2: Estimativa PATH / OSMS
O Documento de Pesquisa de Livre Acessibilidade do OSMS
No OSMS, nós pesquisamos e analisamos o problema em vários países em todo o mundo. Disponibilizamos nossa pesquisa em andamento livremente (versão atual: 1.0) a fim de ajudar indivíduos e organizações a entender a escala do problema e dar insights sobre as abordagens de solução em andamento. O documento inclui análise do problema, análise industrial, calculadoras que ajudam a estimar a escala do problema em nível nacional e caminhos de solução em andamento.
Custo da Geração de Oxigênio pelo Método
Os sistemas hospitalares mais grandes e eficientes usam oxigênio líquido fornecido que pode ser armazenado em grandes tanques no local, mas isso requer uma indústria desenvolvida. Aqui está uma comparação de custos das soluções existentes:
| Tipo | Philipps M10 | HVO 120 | 180 LOx Delivery | Peruvian 25m3 PSA | |
| Litros por dia | 14,400L | 172.800L | 154.980L | 600.000L | |
| Preço de compra | $1.500 | $45.000 | $175 por entrega | $300,000 | |
| Custo de produção 100 M Litros O2 em 200 dias |
$52.083 | $130.208 | $112,917 | $250.000 |
Concentradores pessoais oferecem surpreendentemente o melhor preço por litro de oxigénio gerado. Eles já estão em uso de emergência hospitalar, mas resta saber quão eficientes serão essas máquinas em um ambiente real, com muitos pacientes precisando de oxigênio simultaneamente. A OMS adverte que os concentradores pessoais têm problemas de manutenção e saída.
Soluções em curso
A questão da geração de oxigênio existe desde pelo menos março de 2020; as soluções têm sido múltiplas, mas a escassez de oxigênio ainda é potencialmente catastrófica, particularmente nos países em desenvolvimento. Existem 3 caminhos primários para resolver a questão, e provavelmente precisarão ser empregados simultaneamente. Dois deles são industriais em escala (ou seja, requerem grandes recursos financeiros para sua implementação), um deles é de base em escala e pode ser adotado pelo movimento fabricante.
Diverting Existing Liquid (Cryogenic) Oxygen Production
- Pros: Imediatamente aplicável, maior escala de produção
- Cons: Requer infra-estrutura existente e cara, requer cooperação da indústria
Com tecnologia avançada, é possível gerar oxigênio líquido a -183°C, o que permite um transporte muito mais rápido, mas aumenta drasticamente as necessidades e requisitos de manutenção para engenheiros altamente treinados, bem como infra-estrutura de resfriamento. As plantas de oxigênio líquido são um grande investimento financeiro e requerem uma construção extensa; uma planta criogênica de médio porte pode custar 60 milhões de dólares para ser instalada.
Então, uma solução viável a curto prazo durante a COVID-19 é desviar a capacidade de produção existente para o setor médico.
É importante notar que a escassez de oxigênio não é apenas um “problema do mundo em desenvolvimento”, de acordo com o CEO da Novair: “Estamos a ver que a oferta de oxigénio está a tornar-se um assunto de preocupação geral. Nos países desenvolvidos, apesar das grandes capacidades existentes, o sistema de fornecimento de oxigénio líquido e de garrafas atingiu os seus limites. Somos informados de que há falta de oxigênio médico em alguns lugares, e somos solicitados a fornecer geradores de oxigênio para hospitais para apoiar a fonte de oxigênio existente”
Embora este LOx seja destinado a fins industriais, seu alto nível de pureza o torna provavelmente utilizável em um contexto médico; muitas plantas industriais de LOx em todo o mundo se comprometeram a reservar 10-30% da produção para fins de combate à COVID.
Em termos de ajuda internacional em larga escala, um método poderia ser comprar LOx a granel e enviá-lo para países necessitados – o que já está acontecendo em algum grau.
Compra e Instalação de Plantas PSA
- Prós: Pode ser implantado em semanas, trabalhos em escala
- Contras: Custo de investimento em novos equipamentos, requer ambições de infra-estrutura pós-CVID, só viável para as cidades
A absorção de pressão Swing é o processo mais flexível de produção de oxigénio de grau médico. Estas plantas podem ser adquiridas e implantadas em poucas semanas e significam um investimento contínuo em infra-estrutura de oxigênio. Vários governos em todo o mundo investiram de 5 a 20 milhões de dólares para expandir sua capacidade de produção de oxigênio dessa forma, com a lógica de que, mesmo depois que a COVID for tratada, essas máquinas ajudarão a combater a pneumonia e outras doenças respiratórias que eram sub-fornecidas com oxigênio antes do início da pandemia.
Uma planta de PSA em escala média produz entre 2-190m3 de oxigênio por hora (ou seja, 48-4.500m3/dia) e pesa cerca de 1,5 a 20 toneladas cada. Por exemplo, uma planta de PSA peruano adquirida para combater a escassez de COVID produziu 25m3/hora, e custou aproximadamente $300.000 para compra e instalação. Máquinas HVO (High Volume Oxygen) menores custam $45.000 por unidade, $450/mês em potência e manutenção, e podem produzir 120 Litros por Minuto. O tempo de instalação de um PSA montado em skid está agora reduzido a cerca de 2 semanas no mundo desenvolvido.
Compra ou Produção Local de Concentradores de Oxigênio Pessoais
- Prós: A forma mais acessível de gerar oxigênio, funciona em ambientes rurais, pode ser construída localmente em poucos dias, soluções de código aberto existentes, solução stopgap viável
- Cons: Eficiência desconhecida em escala, possíveis problemas de pressão e manutenção na implantação
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Centradores de Oxigênio Pessoais são unidades semi-móveis que podem gerar até 15 litros por minuto; o suficiente para um paciente grave, mas pelo menos duas unidades paralelas seriam necessárias para fornecer um paciente crítico que requer uma média de 30 litros por minuto.
Apesar de ser a menor solução em escala, os concentradores pessoais surpreendentemente oferecem o melhor preço por litro de oxigênio gerado em uma base de curto prazo, conforme nossa análise acima. Eles já estão em uso de emergência hospitalar, mas resta saber o quão eficientes estas máquinas serão em um ambiente real, com muitos pacientes precisando de oxigênio simultaneamente. A OMS adverte que os concentradores pessoais têm problemas de manutenção e saída. Enquanto as unidades estão disponíveis comercialmente por aproximadamente $1.500 para uma máquina de 10 litros por minuto, vários projetos de código aberto estão em andamento.
A solução atualmente mais promissora de baixo custo é o OxiKit, um concentrador de oxigênio de código aberto DIY que pode potencialmente gerar 15L/minuto. Testes e projetos relacionados estão em andamento por vários grupos, incluindo COSMIC Medical no Canadá.
O que os fabricantes podem fazer
O futuro é incerto. O que sabemos é que a questão provavelmente persistirá bem até 2021 se a pandemia continuar a tomar seu curso atual. Os Criadores podem se engajar nas seguintes maneiras para ajudar a criar uma solução provisória para o problema até que os governos e as ONGs tenham abordado o problema em escala industrial.