A demanda por oxigênio aumentou drasticamente em 2020 devido aos altos números de pacientes com baixo nível de saturação decorrente da Covid-19. Com a falta do produto no Amazonas e uma crise instalada no estado, o assunto é presença constante no noticiário. E para produzir os cilindros de oxigênio, item fundamental para a manutenção da vida, há um processo químico que é finalizado com o trabalho de um profissional da Química.
Químico e engenheiro de materiais, Germano Tremiliosi Filho, que é professor do Departamento de Físico-Química do Instituto de Química de São Carlos/USP, explica que o oxigênio pode ser produzido de várias formas. A maneira comercial mais comum consiste em extrair o oxigênio do ar. “A composição do ar é 78% nitrogênio, 21% oxigênio e uma mistura de vários outros gases, dentre eles o argônio. Para separar cada componente desta mistura homogênea, o mais conveniente é fazer uma destilação fracionada. E para que o processo seja mais simples de ser feito, o ar deve estar em seu estado líquido”.
Segundo Tremiliosi Filho, o processo tem início abaixando a temperatura do ar em pelo menos a -200 graus Celsius. Depois, este ar líquido vai sendo aquecido lentamente. Como o oxigênio, argônio e nitrogênio têm pontos de ebulição diferentes, eles vão sendo liberados em diferentes etapas durante o aquecimento. O primeiro a ser liberado é o nitrogênio, que ao atingir -196 graus Celsius entra em ebulição e passa para o estado gasoso. “Assim, este gás é separado dos outros componentes da mistura e tem diversas aplicações, inclusive industriais. Enquanto todo o nitrogênio não for liberado do ar, a temperatura permanece constante”, detalha.
Depois de o nitrogênio ser eliminado e a temperatura chegar a -186 graus Celsius, é a vez do argônio entrar em ebulição. Após a etapa de extração do argônio, o oxigênio, que tem a temperatura de ebulição em -183 graus Celsius, é obtido. Ainda restam alguns resíduos da destilação, que são eliminados posteriormente.
O oxigênio tem aplicação tanto medicinal como industrial. Usualmente, o medicinal é acondicionado em cilindros verdes e o industrial, em cilindros pretos. A diferença entre os dois tipos é que, para aplicação industrial, o grau de pureza não precisa ser tão elevado. “O industrial, geralmente, é obtido com um grau de pureza menor, da ordem de 95% ou um pouco mais”, afirma o professor.
Entretanto, para aplicação medicinal é preciso obter oxigênio com um grau altíssimo de pureza, de pelo menos 99,5%. Para que chegue a este patamar de pureza e proceder a destilação fracionada, é preciso que antes de liquefazer o ar, ele passe por um sistema de filtragem para retirar toda a parte particulada (poeira e partículas em geral), o que deve eliminar toda a parte sólida em suspensão no ar.
Além disso, o ar contém água. Então é necessário passar por um processo de secagem e, para isso, ele passa por um sistema que absorve a água. Assim, é obtido um ar bem purificado, sem partículas e sem água, pronto para ser destilado.
E para ter certeza de que o oxigênio produzido está dentro dos padrões exigidos e que atende a todos os requisitos necessários, quem acompanha todo este processo é o profissional da Química responsável. É ele quem faz o controle de qualidade. “Ele vai analisar a composição inicial do ar, determinar os níveis de todos os seus componentes e das impurezas para estabelecer as etapas de purificação. Enfim, depois do processo de destilação fracionada, dará o último parecer sobre a qualidade de pureza do oxigênio que foi produzido”.
Outras formas de purificação
O professor explica que há compostos químicos que também podem produzir oxigênio, como é o caso dos óxidos. Uma reação química clássica para a produção de oxigênio, já conhecida há muitos anos, serviu de demonstração da Lei de Lavoisier de Conservação da Massa. Neste caso, obtém-se o oxigênio a partir do óxido de mercúrio, que quando aquecido, se transforma em mercúrio metálico mais oxigênio.
O gás também pode ser produzido por eletrólise da água. Os elementos que a compõem (hidrogênio e o oxigênio) são decompostos por meio de eletrólise e, então, é possível utilizar este oxigênio. “É uma reação muito interessante porque o hidrogênio e o oxigênio são dois gases, mas, durante a eletrólise da água, eles podem ser produzidos em compartimentos completamente separados”, explica Tremiliosi Filho.
E é com base nesta forma de produção do oxigênio que o professor está trabalhando no desenvolvimento de um respirador hospitalar autônomo, sem necessidade de uso de oxigênio engarrafado. Ou seja, o respirador não precisa ser abastecido por oxigênio engarrafado, pois o próprio aparelho vai produzir o oxigênio pelo processo de eletrólise da água. “Poderá, por exemplo, ser utilizado em ambulâncias, localidades remotas, ou outros lugares que poderão prescindir dos cilindros”. O projeto começou a ser trabalhado recentemente, e o professor prevê que dentro de um ano seja possível ter um protótipo da invenção em operação.
Fonte: CFQ Conselho Federal de Química
