I samband med att COVID-19 omger världen med för närvarande 287 000 nya fall per dag (2 miljoner per vecka) från och med den 1 oktober 2020, finns det en pågående fråga som i stort sett är olöst: syrebrist. COVID angriper lungorna och minskar andningskapaciteten; patienter med en allvarlig eller kritisk prognos behöver extra syrgas för att hålla sig vid liv. Även om många av oss är medvetna om detta behov är problemets omfattning enormt.
Syreproblemets omfattning
- Enligt WHO behöver världen, med 2 miljoner nya fall av COVID varje vecka, ytterligare 1 240 000 kubikmeter medicinsk syrgas varje dag, vilket motsvarar 176 000 stora 5 fot långa flaskor, för att bekämpa viruset. Källa: U. of Minnesota/WHO, 6 juni
- En cylindertank behandlar ungefär en vuxen per dag; dagspriset för en J-flaska syrgas varierar från 112 dollar i Guinea (inklusive transport) till 23 dollar i Kenya. COVID har ytterligare skapat prispress och svarta marknader – i Peru kostar en behållare nu 10 gånger mer än 2019.
- Degraden av brist och den faktiska behovsvolymen varierar kraftigt runt om i världen, där Kina behöver mest volym och Afrika har den allvarligaste bristen. Källa: McKinsey , augusti 25
En COVID-patient behöver 10 liter syre per minut i det svåra stadiet och 30 liter syre per minut i det kritiska stadiet (vanligen i stadiet med invasiv ventilation). Om man extrapolerar WHO:s uppskattning från den 6 juni, som bygger på 2 miljoner infektioner per vecka, skapar COVID en extra efterfrågan på 1,2 miljarder liter medicinsk syrgas per dag, vilket innebär en extra belastning på mer än 60 % av systemet. I början av juni, när det redan rådde brist i flera länder, var denna siffra hälften av vad den är nu.
Det nuvarande problemet med tillgången till syre är mångdubbelt; generering är grunden till problemet (för få anläggningar och koncentratorer), följt av distribution och effektivitet i medicinsk användning. Det globala optimala behovet av koncentrerad medicinsk syre uppskattades till 10 miljarder liter per dag, men den troliga verkliga användningen låg närmare 2 miljarder liter per dag före COVID. Källa: Källa: PATH / OSMS Estimate
OSMS’ fritt tillgängliga forskningsdokument
Vid OSMS har vi undersökt och analyserat problemet i flera länder över hela världen. Vi har gjort vår pågående forskning fritt tillgänglig (nuvarande version: 1.0) för att hjälpa individer och organisationer att förstå problemets omfattning och ge insikter om pågående lösningsansatser. Dokumentet innehåller problemanalys, industriell analys, kalkylatorer som hjälper till att uppskatta problemets omfattning på nationell nivå och pågående lösningsvägar.
Kostnad för att generera syre enligt metod
De flesta stora, effektiva sjukhussystem använder levererat flytande syre som kan förvaras i stora tankar på plats, men detta kräver en utvecklad industri. Här följer en kostnadsjämförelse av befintliga lösningar:
| Typ | Philipps M10 | HVO 120 | 180 LOx Delivery | Peruvian 25m3 PSA | |
| Liter per dag | 14,400L | 172 800L | 154 980L | 600 000L | |
| Köpeskilling | 1 500$ | 45 000$ | 175$ per leverans | 300$,000 | |
| Kostnad för att producera 100 M liter O2 på 200 dagar |
52,083 | 130,208 | 112$,917 | 250 000 |
Personliga koncentratorer erbjuder överraskande nog det bästa priset per liter syre som produceras. De används redan på akutmottagningar på sjukhus, men det återstår att se hur effektiva dessa maskiner kommer att vara i en verklig miljö med många patienter som behöver syre samtidigt. WHO varnar för att personliga koncentratorer har både underhålls- och produktionsproblem.
Gående lösningar
Problemet med att generera syre har funnits åtminstone sedan mars 2020; lösningarna har varit mångfacetterade men potentiellt katastrofal brist förekommer fortfarande, särskilt i utvecklingsländerna. Det finns tre primära vägar för att lösa problemet, och de kommer sannolikt att behöva användas samtidigt. Två av dem är industriella i skala (vilket innebär att de kräver stora ekonomiska resurser för att genomföras), en av dem är gräsrotsbaserad i skala och kan antas av maker-rörelsen.
Diverting Existing Liquid (Cryogenic) Oxygen Production
- Pros: Omedelbart tillämpbar, största produktionsskalan
- Nackdelar: Kräver befintlig och dyr infrastruktur, kräver industrisamarbete
Med avancerad teknik är det möjligt att generera flytande syre vid -183°C, vilket möjliggör mycket snabbare transporter, men ökar kraftigt underhållsbehovet och kraven på högutbildade ingenjörer, liksom kylinfrastrukturen. Anläggningar för flytande syre är en stor ekonomisk investering och kräver omfattande byggnation; en medelstor kryogen anläggning kan kosta 60 miljoner dollar att uppföra.
En genomförbar lösning på kortare sikt under COVID-19 är därför att styra om befintlig produktionskapacitet till den medicinska sektorn.
Det är viktigt att notera att syrebrist inte bara är ett ”utvecklingsvärldsproblem”, enligt Novairs VD: ”Vi ser att syreförsörjningen håller på att bli en allmän angelägenhet. I de utvecklade länderna har systemet för leverans av flytande syre och flaskor nått sina gränser, trots den stora befintliga kapaciteten. Vi har informerats om att det råder brist på medicinskt syre på vissa ställen, och vi ombeds leverera syregeneratorer till sjukhusen för att stödja den befintliga syrekällan.”
Samtidigt som denna LOx är avsedd för industriella ändamål gör dess höga renhetsgrad att den sannolikt kan användas i medicinska sammanhang; många industriella LOx-fabriker runt om i världen har åtagit sig att reservera 10-30 % av produktionen för COVID-bekämpningsändamål.
I fråga om storskaligt internationellt bistånd skulle en metod kunna vara att köpa LOx i bulk och skicka det till behövande länder – vilket redan sker i viss utsträckning.
Köp och installation av PSA-anläggningar
- Fördelar: Kan installeras inom några veckor, fungerar i stor skala
- Nackdelar: Kostsam investering i ny utrustning, kräver infrastrukturambitioner efter COVID, endast genomförbart för städer
- Fördelar: Det mest prisvärda sättet att generera syre, fungerar på landsbygden, kan byggas lokalt inom några dagar, befintliga lösningar med öppen källkod, en hållbar övergångslösning
- Nackdelar: Okänd effektivitet i stor skala, eventuella tryck- och underhållsproblem vid utplacering
Pressure Swing Absorption är den mest flexibla processen för att producera syre av medicinsk kvalitet. Dessa anläggningar kan köpas och tas i bruk inom några veckor och innebär en pågående investering i syreinfrastruktur. Flera regeringar runt om i världen har investerat 5-20 miljoner dollar för att utöka sin syreproduktionskapacitet på detta sätt, med motiveringen att även när COVID har hanterats kommer dessa maskiner att hjälpa till att bekämpa lunginflammation och andra luftvägssjukdomar som var underförsörjda med syre innan pandemin började.
En medelstor PSA-anläggning producerar mellan 2-190 m3 syre i timmen (det vill säga 48-4 500 m3/dygn) och väger ungefär 1,5-20 ton styck. En peruansk PSA-anläggning som köptes för att bekämpa COVID-bristen producerade till exempel 25m3/timme och kostade ca 300 000 dollar för inköp och installation. Mindre HVO-maskiner (High Volume Oxygen) kostar 45 000 dollar per enhet, 450 dollar/månad i kraft och underhåll och kan producera 120 liter per minut. Installationsledtiden för en skidmonterad PSA är nu nere på närmare 2 veckor i den utvecklade världen.
Köp eller lokal produktion av personliga syrekoncentratorer
Trots att de personliga syrekoncentratorerna är den minsta lösningen erbjuder de förvånansvärt nog det bästa priset per liter syre som genereras på kort sikt enligt vår analys ovan. De används redan på akutmottagningar på sjukhus, men det återstår att se hur effektiva dessa maskiner kommer att vara i en verklig miljö med många patienter som behöver syre samtidigt. WHO varnar för att personliga koncentratorer har problem med underhåll och produktion. Medan enheter finns tillgängliga i handeln för ca 1 500 dollar för en maskin på 10 liter per minut, pågår flera projekt med öppen källkod.
Den för närvarande mest lovande lågkostnadslösningen är OxiKit, en DIY-augoncentrator med öppen källkod som potentiellt kan generera 15 liter per minut. Testning och relaterade konstruktioner pågår av flera grupper, bland annat COSMIC Medical i Kanada.
What Makers Can Do
Framtiden är osäker. Vad vi vet är att problemet sannolikt kommer att kvarstå långt in i 2021 om pandemin fortsätter att ta sin nuvarande väg. Tillverkare kan engagera sig på följande sätt för att bidra till att skapa en nödlösning för problemet tills regeringar och icke-statliga organisationer har tagit itu med problemet i industriell skala.