(foto: Taechit Taechamanodom via Getty Images)

Covid-19 colpisce i polmoni (e non solo) e toglie il fiato. Tanto che, anche se a livello mediatico spesso non ha avuto lo stesso rilievo di altre terapie, l’ossigeno è stato ed è una cura essenziale per molti pazienti, sia a casa sia ricoverati. E si è parlato poco anche di come l’improvviso e importante aumento della richiesta di questo salvavita, durante la pandemia, ha messo in crisi in molti paesi la rete di distribuzione delle bombole. Se in Italia c’è stato soltanto un po’ di affanno, all’inizio della pandemia, nella fase 1, ma mai una vera e propria carenza di ossigeno, come rimarca l’Agenzia italiana del farmaco (Aifa), altre nazioni più povere o con un sistema sanitario meno strutturato, fra cui in Africa e adesso anche l’India – travolta già dal mese di aprile 2021 da un’ondata molto grave di Covid-19 – sono andati incontro una mancanza significativa di bombole e altri dispositivi per la somministrazione dell‘ossigeno. In India i fornitori stanno lavorando per aumentare la produzione di ossigeno e contrastare gli ostacoli logistici, come riporta Reuters, ovvero il trasporto delle bombole, tanto che la grave crisi in corso potrebbe rientrare già a metà maggio. Ecco come si produce l’ossigeno e quali sono stati gli ostacoli nell’emergenza sanitaria.

L’ossigeno, un salvavita. Anche a casa

Durante tutta l’emergenza si è parlato spesso delle terapie contro Covid-19, rivolgendo l’attenzione su antivirali, antinfiammatori e altri farmaci, ma forse si conosce ancora poco – da noi forse la si dà per scontata – l’importanza dell’ossigeno. Per esempio, una delle principali linee guida del ministero della Salute per la gestione a casa dei pazienti positivi al nuovo coronavirus consiste nel controllo regolare dei livelli di ossigeno nel sangue, con la raccomandazione che il paziente informi immediatamente il proprio medico qualora la saturazione sia uguale o minore del 92%. Quando ci sono difficoltà respiratorie e una saturazione bassa, la somministrazione di ossigeno può diventare parte integrante del trattamento, come un farmaco, ed essere un salvavita.

L’ossigenoterapia può avvenire non solo in ospedale, ma anche a casa, dove il paziente (non intubato) riceve ossigeno tramite ventilazione non invasiva. Le bombole vengono acquistate in farmacia e la somministrazione avviene generalmente attraverso l’uso di una maschera o in qualche caso con cannule nasali. Le patologie per cui può rendersi necessaria questa terapia sono varie e non c’è solo Covid-19, ma anche la Bpco, l’enfisema, la fibrosi polmonare, alcune malattie rare e tutte quelle in cui c’è un’insufficienza respiratoria.

Gli ostacoli, soprattutto logistici

I media di tutto il mondo hanno raccontato la crisi della carenza di ossigeno in India, dove la richiesta è aumentata di otto volte in maniera repentina, arrivando a circa 7.200 tonnellate al giorno, in questo mese, come spiega l’azienda Linde, che qui è il principale produttore. Si ha notizia di decine di ospedali, ad esempio a Nuova Delhi e a Mumbai, che finendo le scorte di ossigeno hanno inviato i familiari dei malati a ricercare e acquistare bombole, spesso invano perché terminate. E ci sono diversi morti che non hanno ricevuto ossigeno in tempo.

Per comprendere meglio perché per alcuni stati è stato difficile far fronte a una domanda improvvisa e ingente del gas è bene capire come avviene la produzione delle bombole e quali sono le criticità dei paesi che hanno avuto più problemi.

Il processo di fabbricazione è composto da due passaggi, due fasi, entrambi fondamentali: da un lato c’è la produzione dell’ossigeno, un po’ come per le medicine si deve generare il principio attivo, dall’altro il suo imbottigliamento nelle bombole di metallo e in altri contenitori criogenici opportunamente fabbricati – che nel caso di un farmaco corrisponde alla realizzazione del medicinale finito. Infine, da non sottovalutare, la distribuzione e il trasporto di un materiale che senza dubbio è molto più ingombrante dei farmaci. La generazione dell’ossigeno rientra nella produzione primaria, mentre il processo di riempimento dei contenitori in quella secondaria. In Italia, stando a quanto riportato in una presentazione dell’Aifa, esistono 185 siti di produzione di cui 32 dedicati anche alla produzione primaria.

La materia prima, ovvero l’ossigeno (O2), non manca, dato che è ovunque: l’aria che respiriamo è composta per il 21% da ossigeno, per il 78% da azoto e l’1% da anidride carbonica e altri gas in traccia. “L’ossigeno generato per essere utilizzato a scopi medici e impiegato nel comparto sanitario rappresenta una piccolissima fetta della produzione totale del composto, importantissimo a livello industriale”, spiega a Wired Maurizio Masi, ordinario di Chimica fisica applicata al Politecnico di Milano.“Questo è usato per varie applicazioni, ad esempio nella raffinazione dell’acciaio, nei processi di combustione, nella depurazione delle acque e in numerosi altri settori industriali. La produzione è molto vasta e in generale non è l’O2 a essere mancato durante la pandemia”.

Le difficoltà hanno invece riguardato la fabbricazione di bombole e di altri apparecchi (fra cui i ventilatori polmonari in Africa) di cui c’è stata un’impennata nelle richieste, e la complessa organizzazione del trasporto di questi dispositivi verso tutti i luoghi che ne avevano bisogno.

Non è un caso che in Italia, dove non ci sono stati problemi degni di nota, c’è un elevato numero di siti di produzione secondaria, ovvero di creazione del prodotto finito. Come spiega l’Aifa distribuzione di questi siti è legata alla necessità di avere una rete capillare di distribuzione delle bombole e dei contenitori di O2.“Avere numerosi punti sul territorio è importante per varie ragioni”, sottolinea Masi.“Da un lato rende possibile una fornitura rapida ai pazienti che ne hanno bisogno. Invece, qualora non ci fosse questa rete, anche i costi di trasporto da luoghi lontani sarebbero stati molto elevati”. Un po’ come nel mercato del cemento, anche in quello dell’ossigeno, il costo del trasporto incide molto sul prezzo finale, per cui è conveniente far viaggiare poco la merce. “Un altro elemento critico – aggiunge l’esperto – riguarda il fatto che una lunga percorrenza, che magari include soste e ripartenze, potrebbe non garantire la conservazione ottimale del prodotto, che non deve essere esposto a particolari condizioni ambientali, come temperature elevate”.

I paesi in cui non c’è questa rete di produzione e in cui i servizi sanitari sono meno strutturati la distribuzione è venuta meno. L’ostacolo principale, in India, è stato logistico, come racconta Reuters, legato alla mancanza di contenitori e alle distanze. In particolare gli impianti di produzione dell’ossigeno – di cui di nuovo quello medicale rappresenta una piccolissima parte di quello totale per tutti gli usi – si trovano nelle regioni orientali dell’India e la lontananza ha reso complesso distribuire tante più bombole alle aree settentrionali e occidentali più colpite. Questi problemi saranno risolti in queste settimane, spiega Moloy Banerjee della Linde, produttore che nel frattempo sta lavorando anche per riuscire a creare una rete capillare di distribuzione sul territorio. L’azienda sta provando inoltre a raddoppiare la produzione di bombole e sta aumentando quella di ossigeno per riuscire a distribuirne 9mila tonnellate al giorno, il tutto auspicabilmente entro la metà di maggio 2021, come indicato alla fine di aprile da Banerjee. Inoltre, il paese ha importato 100 contenitori criogenici per trasportare grandi quantità di ossigeno liquido, di cui Linde ne ha forniti 60.

Come nasce l’ossigeno

Insomma, la difficoltà centrale non è stata la produzione dell’ossigeno in sé o comunque non questa da sola. “Il principale metodo è basato sul processo Linde [dal nome dello scienziato scopritore Carl von Linde ndr]”, sottolinea Masi, “consiste nel liquefare l’aria e poi distillarla, separandone i componenti, dunque ottenendo l’ossigeno”. Compressa ed espansa rapidamente, l’aria si raffredda a una temperatura alla quale l’ossigeno è liquido, e a questo punto con un processo di distillazione si riesce a estrarlo dall’azoto. In questo modo grandi impianti riescono a produrre anche migliaia di tonnellate di ossigeno al giorno, che serve per varie applicazioni industriali. Una seconda tecnica di produzione, generalmente meno in uso, impiegata per generare quantità ridotte di ossigeno, è quella per adsorbimento dell’oscillazione di pressione (in sigla Psa). Questo metodo si basa sull’impiego di particolari materiali che fungono da setacci molecolari. In determinate condizioni di pressione e temperatura, questi lavorano come una trappola e riescono a catturare l’ossigeno lasciando passare l’azoto.

La situazione in Italia

La grande produzione, insomma, si basa sul metodo Linde.“In Italia, come in molti paesi, il mercato dei gas tecnici, fra cui l’ossigeno, è fortemente blindato e ci sono pochi grandi gruppi che lo producono a fini industriali e per il comparto sanitario – che rappresenta probabilmente neanche il 5% del totale”, commenta Masi. “A fronte della presenza di pochi gruppi, nel nostro paese c’è una distribuzione capillare degli impianti di produzione, che ha consentito a qualche grande ospedale, come quello di Bergamo, di creare delle pipeline, ovvero dei ‘tubi’ – collegamenti fisici – che consentono il trasporto e la consegna diretta dei contenitori di ossigeno alle strutture”. Questa rete ci ha tutelati e ha fatto sì che in Italia non si creasse una crisi dell’ossigeno. “Anche se all’inizio, nella prima fase – aggiunge il chimico – l’aumento della richiesta ha comunque creato un leggero affanno e la necessità di una rapida riorganizzazione della distribuzione, che c’è stata. Ad esempio l’ospedale di Bergamo ha creato la pipeline fra la prima e la seconda ondata”, nella tregua estiva. “In generale gli ospedali non hanno avuto particolari problemi, dato che lì la fornitura di ossigeno si basa sulla distribuzione di grandi contenitori ed è più facile da pianificare anche in un’emergenza”, sottolinea l’esperto, “chi può aver incontrato qualche criticità iniziale sono soprattutto i pazienti a casa, che avevano maggiore difficoltà a reperire le bombole in farmacia – queste durano poco, anche solo due giorni – a causa dell’aumento imponente e repentino della domanda di questo prodotto”.

Nuove frontiere della produzione

Nel frattempo diversi gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno lavorando per trovare nuove tecnologie per produrre grandi quantità di ossigeno in modo agile. Fra questi la “separazione a membrana a ossidi metallici”, spiega l’esperto, “che potrebbe rappresentare una valida alternativa al metodo Linde e che si basa sul funzionamento della pila a combustibile inversa” – invece che produrre energia elettrica a partire da certe sostanze chimiche, consente di ottenere la sostanza utile – l’ossigeno – a partire dall’energia elettrica. Ma i costi sono ancora molto elevati. “Per mettere in atto il processo servono temperature molto elevate, pari a circa 800 °C. In tal senso si sta lavorando per trovare sistemi per ridurre la temperatura a circa 500-600 °C e dunque rendere la tecnica competitiva. Attualmente il metodo Linde rimane il più conveniente e praticabile”.

I ricercatori stanno studiando anche modi per riciclare l’ossigeno. Un sistema in corso di studio, che ha già mostrato risultati interessanti, riguarda la possibilità di riutilizzare l’ossigeno già consumato dal paziente, quello espirato, invece che buttarlo via. L’idea è di Giacomo Bellani, professore presso il dipartimento di Anestesia e Rianimazione dell’Università di Milano-Bicocca e anestesiologo dell’Asst Monza, con il suo gruppo, in collaborazione con Maurizio Masi. “Abbiamo sviluppato – ci racconta Bellani – una sorta di kit di ricircolo, che serve a recuperare l’ossigeno non utilizzato dal paziente, dato che la ventilazione ne fornisce una quantità maggiore rispetto a quella realmente consumata”. La nuova tecnica si basa sulla combinazione di due tecnologie, già note e in uso – ma finora mai insieme, ovvero la ventilazione meccanica a pressione continua (Cpap) e un metodo per ottenere l’ossigeno basato sulla cattura della CO2. Ora i ricercatori hanno affinato questa cattura con l’uso di particolari materiali, le zeoliti, con cui si produce ossigeno sulla base della tecnica di adsorbimento citata prima. “Abbiamo osservato che potremmo riuscire a risparmiare fino al 70% dell’ossigeno non consumato dal paziente e prima ‘sprecato’”, commenta Bellani, “e il metodo potrebbe essere utilizzato sia in ospedale sia a bordo delle ambulanze dove si usa la ventilazione meccanica non invasiva di questo genere. Ancora stiamo in fase di messa a punto, qualora tutto proceda come sperato i primi apparecchi potrebbero arrivare nel 2022, fra un anno”. E il riciclo di ossigeno, oltre a far risparmiare, potrebbe essere importante anche per non rimanere a corto di questo elemento essenziale, come ci insegna la pandemia.

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