Résoudre la pénurie d’oxygène grâce à l’électrochimie

Un nouveau dispositif électrochimique produit de l’oxygène de haute pureté in situ, et les chercheurs espèrent qu’il pourrait contribuer à réduire la pénurie d’oxygène.

Deux ans après le Pandémie de covid-19 et l’accès à l’oxygène reste un problème majeur dans les pays à revenu faible ou intermédiaire.

Alors qu’une majorité de patients atteints de COVID-19 présentent des symptômes légers ou modérés, comme COVID-19 est une maladie respiratoire, les dommages causés aux poumons signifient qu’ils sont moins efficaces pour permettre à l’oxygène de passer dans la circulation sanguine.

“Une pénurie aiguë d’oxygène médical avec une pureté ≥ 99,5% a directement entraîné la mort d’un nombre alarmant de patients gravement malades qui auraient pu être guéris”, a déclaré Changming Zhao, chercheur chez Anhui Entropy Technology Co., Ltd, Chine, dans un e-mail. “Ce fait douloureux nous a incités à commencer à rechercher comment améliorer les dispositifs d’approvisionnement en oxygène dans les hôpitaux.”

Dans une étude Publié dans Matériaux énergétiques avancésZhao et ses collaborateurs Sen Lin de l’Université de Fuzhou et Yuen Wu de l’Université des sciences et technologies de Chine ont développé un appareil qui génère sa propre alimentation en oxygène en utilisant l’électrochimie.

“Les dispositifs d’alimentation en oxygène actuels, tels que les réservoirs d’oxygène et les dispositifs commerciaux de génération d’oxygène à adsorption modulée en pression (PSA), ne peuvent pas produire d’oxygène. sur place et avec une grande pureté (≥ 99,5 %) », a déclaré Zhao. “Les limitations des dispositifs d’alimentation en oxygène existants peuvent être l’une des raisons de la pénurie d’oxygène dans de nombreux pays. Par conséquent, nous avons cherché à développer un appareil pour surmonter les limites des approvisionnements en oxygène conventionnels et aider à combler les lacunes.

Résoudre la pénurie d’oxygène grâce à une nouvelle technologie

Dans les hôpitaux, l’oxygène est stocké sous forme liquide dans de grands réservoirs reliés aux salles. Les unités de soins intensifs étant envahies par des patients gravement malades, l’approvisionnement en oxygène ne pouvait pas suivre en raison de problèmes de stockage et de transport. Un générateur alternatif appelé dispositif PSA peut être utilisé dans de tels cas car il fournit une production rapide et continue d’oxygène. Néanmoins, il ne produit que de l’oxygène avec une pureté d’environ 93 %, ce qui n’est pas conforme aux normes de la pharmacopée de l’OMS pour l’oxygène médical de haute pureté (≥ 99,5 %).

“Dans certains cas d’urgence, tels que les patients souffrant d’hypoxie sévère du cœur et des tissus cérébraux, leur fournir l’oxygène généré par le dispositif PSA peut ne pas atteindre l’effet thérapeutique optimal”, a déclaré Zhao. Même avec ces performances limitées, de nombreux prestataires de soins de santé ont dû faire des concessions en raison d’un manque d’équipement et d’approvisionnement.

L’équipe a donc développé un nouveau dispositif basé sur l’électrochimie, qui fournit ≥ 99,9 % d’oxygène pur. “La différence la plus importante entre notre dispositif de génération d’oxygène électrochimique et les dispositifs d’alimentation en oxygène existants est la source d’oxygène”, a expliqué Zhao. “Pour l’oxygène liquide stocké dans des réservoirs, l’oxygène est obtenu à partir de la séparation de l’air liquéfié par très basse température. Cette méthode nécessite des équipements de production encombrants et complexes, ainsi qu’une consommation d’énergie importante, est donc difficile à réaliser sur place production pour les hôpitaux.

“Pour les dispositifs de génération d’oxygène PSA, l’oxygène est obtenu à partir de la séparation physique de l’oxygène de l’air, et l’efficacité de séparation est difficile à atteindre 100 %, de sorte que la pureté de l’oxygène est limitée”, a-t-il poursuivi.

Le nouvel appareil produit de l’oxygène par une réaction électrochimique, qui se déroule sous une tension spécifique. L’oxygène de l’air est sélectivement réduit à la cathode du dispositif en une espèce protonée. Ce composé est ensuite transmis à l’anode où il est oxydé en oxygène, largement exempt des autres éléments de l’air. Le résultat est une alimentation en oxygène pur et facile d’accès.

Si ces résultats issus du prototype sont prometteurs, pour implémenter le dispositif à grande échelle, une optimisation reste nécessaire.

“Bien que l’appareil puisse fonctionner régulièrement pendant plusieurs centaines d’heures, c’est encore bien moins que les exigences réelles de l’application, qui nécessiteraient des dizaines de milliers d’heures”, a déclaré Zhao. “Dans des études ultérieures, nous améliorerons le système de réaction en remplaçant la solution alcaline par de l’eau pure pour ralentir le vieillissement des composants du cœur, prolongeant ainsi la durée de vie. Parallèlement, nous nous concentrons également sur le développement de plaques bipolaires fines et peu coûteuses afin de réduire davantage leur coût et leur poids. »

L’équipe a créé une société appelée Anhui Entropy Energy Technology Co., Ltd dédiée à accélérer sa disponibilité commerciale.

Référence : Changming Zhao, Sen Lin, Yuen Wu, et al., Générateur d’oxygène électrochimique avec une pureté d’oxygène de 99,9 % et une efficacité énergétique élevée, Matériaux énergétiques avancés (2022). DOI : 10.1002/aenm.202201027