由于新冠疫情，在大多数中低收入国家，氧气如今已成为一种奢侈品。分子工程师戴维·费伦-希门尼斯撰文指出。
发展中国家缺乏生产液态氧的基础设施，也缺乏将其便捷且低成本地运送至医院的条件。
费伦-希门尼斯解释了他和其他科学家如何探索一种替代方式，即利用浓缩器去除氮气，以“制造”氧气。
人们或许曾经认为氧气是一项人权。但疫情表明，在大多数中低收入国家，获取纯氧用于医疗用途是一种奢侈。
获取用于医疗治疗的纯氧，是一项复杂、昂贵且往往非常危险的事情。当前印度的局势就是对这一问题的严厉警示。新冠疫情第二波重创该国，死亡总人数刚刚突破20万大关。氧气严重短缺。
由于当前的紧急情况，印度公民转向黑市购买氧气，价格远高于常规水平。
这在一定程度上源于全球氧气生产、储存和运输的方式。这正是像我这样的科学家致力于寻找更便宜替代方案的原因。
瓶颈
氧气主要来自液化空气。工程师利用一系列使气体降温直至冷凝的工艺，将我们呼吸的空气转变为液体。将混合物液化后，他们采用精馏法——这与酿造威士忌和杜松子酒所用的工艺相同——将空气分离为各个组分，其中包括氧气。用于酿造威士忌和杜松子酒的工艺，将空气分离为不同组分，其中包括氧气。
这一过程需要消耗巨大的能源并依赖庞大的工业设施，因此仅局限于世界上少数地区，其中大部分位于全球北方。液态氧必须在高压下储存和运输，这带来了严重的物流问题和安全隐患——氧气确实具有爆炸性。
这意味着氧气生产的主要瓶颈恰恰在于气瓶。美国依赖重型管道输送加压氧气。在欧洲，运输主要通过大型储罐装载液态氧进行。对于低收入国家而言，配送则依靠气瓶完成。
但氧气瓶市场仅被少数几家化工公司所垄断。使用气瓶还带来了另一层安全隐患，因为正确操作气瓶需要采取多项预防措施并接受专业培训。因此，发展中国家既缺乏生产液态氧所需的基础设施，也缺乏将其便捷且低成本地运送至医院所需的条件。
凭空造氧
另一种“制造”氧气的方式是使用浓缩器。浓缩器是一种利用一系列膜、多孔材料和过滤器选择性去除氮气（占大气成分78%的气体）的设备。这类设备于20世纪70年代中期开始生产，相关技术已非常成熟。
这些设备可将空气转化为富氧气流，氧气浓度通常超过95%（其余主要为氩气）。这通常足以满足呼吸机和通气设备的需求。浓缩器的优势在于其可制造成小型设备，供医院或护理机构使用。目前已有商用浓缩器，但其价格昂贵，且在发展中国家难以生产。
这正是像我这样的科学家不断寻求解决方案的原因。我的团队研究能够储存和分离气体的新型材料，其中一些可能为氧气浓缩器等设备提供价格可承受的解决方案。我们主要开发两类材料：沸石（由硅、铝和氧组成的晶体）和金属有机框架材料（通常称为MOFs）。两者都是高度多孔的材料；你可以把它们想象成分子大小的微型海绵。
与海绵一样，这些多孔材料吸附的流体量远超人们的直观想象。尽管沸石和MOFs内部数以百万计的孔隙看似微小，但其总表面积却十分惊人。事实上，某些创纪录的MOFs每克的表面积超过7000平方米。
少量沸石和MOFs即可储存大量流体，且通常为气体，它们已被用于气体储存、净化、碳捕集和集水。
我团队中的一部分成员与工程公司Cambridge Precision以及全球平等中心合作，开始研究这些材料能否用于储存氧气。我们已经开发出一个可以正常工作的初始原型。我们希望在两个月后完成最终原型，之后还需要申请医疗审批。
工艺流程
原理相当简单。我们使用一个装满多孔材料的铝制气缸，并让空气气流通过其中。这一过程可将氧气纯化至95%，其余主要为氩气。氮气之所以被沸石截留，是因为氮原子中电荷的分布方式使其与沸石的电场相互作用更强。氧气和氩气则不会被截留。
因此，氮气会滞留在数以百万计的微小孔隙之中，待氧气储存完毕后，我们再将这些孔隙清空。
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通常情况下，我们通过Immaterial实现多孔材料的商业化，该公司是剑桥大学的衍生企业。然而，在疫情期间靠销售氧气牟取巨额利润似乎有违道德。例如在非洲，氧气价格是欧洲和美国的五倍。因此，我们团队与Immaterial公司联手剑桥的其他科学家，共同发起了氧气与呼吸机系统倡议OVSI，旨在推进并生产价格可承受的氧气治疗方案。
我们希望廉价氧气浓缩器设备的优势能够超越疫情而持续存在。供氧对于治疗儿童肺炎和慢性肺部疾病至关重要——这两种疾病在全球范围内导致的死亡人数超过艾滋病或疟疾。每个人都应能获得氧气，而像我们这样的技术有朝一日或将助力实现这一目标。
