Hoogenkamp Consultancy, Advies en Training

Zuurstofconcentratoren

Zuurstofconcentratoren – hoe werken die?

Een zuurstofconcentrator in een zeecontainer

In sommige gevallen, bij rampen of oorlogen, is er geen infrastructuur aanwezig om medische zuurstof bij patiënten te krijgen. In deze gevallen bieden zuurstofconcentratoren een uitkomst. Met zo’n installatie kun je on-site zuurstof maken. Een complete installatie voor de opwekking van zuurstof op basis van zuurstofconcentratoren past in een zeecontainer en is dan ook mobiel en direct inzetbaar. Het enige wat je echt nodig hebt is elektriciteit.

  • Maar hoe werken deze installaties nu? 
  • Waarom worden ze niet algemeen in ziekenhuizen in Nederland ingezet?
  • Aan welke regels moeten deze installaties voldoen?

Het werkingsprincipe

Met behulp van een zuurstofconcentrator kun je van omgevingslucht, zuurstof bereiden die ook voor medische toepassingen geschikt is. De omgevingslucht wordt met een compressor aangezogen en na droging en verwijdering van koolwaterstoffen en deeltjes, wordt de lucht over een zeolietbed geleid. 

Zeoliet

Zeoliet

Een zeoliet is een mineraal dat een zeer poreuze structuur heeft. Het kan door de vorm van de poriën selectief, in dit geval, stikstof adsorberen en de toegevoerde lucht met zuurstof verrijken. In concentrator-installaties wordt een kolom gevuld met zeoliet. Door aan de onderkant lucht toe te voeren, wordt aan het zeoliet de stikstof geadsorbeerd. Deze scheiding gebeurt op molecuulgrootte. Daarom worden deze zeolieten worden ook wel moleculaire zeven genoemd. Aan de bovenkant van de kolom wordt de met zuurstof verrijkte lucht afgevoerd. De lucht kan door dit principe verrijkt worden tot gehaltes tot boven de 96-vol-% zuurstof. We noemen deze zuurstof in de Europese Farmacopee: zuurstof-93. In de tabel hieronder zijn de kwaliteitseisen voor zuurstof-93 opgenomen. 

ComponentConcentratie
Zuurstof 93 % +/‐ 3 % V/V
Koolmonoxide≤ 5 ml/m3
Kooldioxide ≤ 300 ml/m3
Olie≤ 0,1 mg/m3
Waterdampgehalte≤ 67 ml/m3
Nitreuze gassen NO/NO2≤ 2 ml/m3
Zwaveldioxide≤ 1 ml/m3
Eisen aan zuurstof-93 uit Europese Farmacopee

Zodra de zuurstofconcentratie beneden de 90 vol-% komt wordt het zeolietbed afgesloten en neemt het tweede zeolietbed de productie van zuurstof-93 over. Het eerste zeolietbed wordt geregenereerd. Door de druk in het bed te verlagen laat de stikstof weer los en kan het proces opnieuw starten.

In de praktijk worden minimaal 2 zeolietbedden parallel aan elkaar geschakeld. Daardoor is het mogelijk om continu met zuurstof verrijkte lucht te produceren. Het ene bed produceert zuurstof, terwijl het andere bed wordt geregenereerd. 

De verschillende onderdelen van een zuurstofconcentratorinstallatie
De verschillende onderdelen van een zuurstofconcentratorinstallatie.
Door op het plaatje te klikken kom je bij een YouTube-filmpje die de werking van de installatie illustreert.

Ziekenhuis/ziekenboeg op een schip

Een zuurstofconcentrator past in een zeecontainer en is daardoor overal inzetbaar!

Deze installaties kunnen een leidingsysteem in een ziekenhuis of een ziekenboeg in een schip voorzien van zuurstof voor de beademing van patiënten. Dan zijn de cilinders zoals ze in deze afbeelding voorkomen, de back-up-voorziening voor het geval dat de installatie uitvalt. De cilinders worden gevuld met zuurstof-93 zodra er geen vraag is vanuit het ziekenhuis/ziekenboeg.

Veldhospitaal

In een veldhospitaal werkt de concentrator installatie enigszins anders. In een veldhospitaal is geen leidingwerk aanwezig. Daar worden de patiënten beademd met zuurstof uit cilinders. 

Deze cilinders worden gevuld met zuurstof-93. De verantwoordelijke operator zorgt er continu voor dat er voldoende zuurstofcilinders op voorraad zijn. Zodra de cilindervoorraad een minimumgrens onderschrijdt, neemt de operator de vulling van de zuurstofcilinders ter hand met een aan de concentrator-installatie gekoppeld vulsysteem.

Toepassingsgebied

In Canadese ziekenhuizen worden zuurstofconcentratoren in ca. 50 ziekenhuizen toegepast.

USNS Mercy Deploys in Support of Pacific Partnership 2018 > U.S. DEPARTMENT  OF DEFENSE > Defense Department News

Terwijl het nieuwe coronavirus zich blijft verspreiden, stuurt de Amerikaanse marine zijn twee hospitaalschepen in actie.  De USNS Comfort, gestationeerd in Norfolk, Virginia, gaat naar New York City, zei president Trump op een persconferentie op woensdagochtend.  De USNS Mercy, thuis in San Diego, zal zijn weg vinden naar een nader te bepalen stad aan de westkust.  Beiden begonnen als olietankers voordat de marine er in de jaren tachtig drijvende ziekenhuizen van maakte, en nu elk ruimte biedt aan 1.000 patiënten en een bemanning van bijna 1.300 (een mix van marinepersoneel en civiele doctoren en verpleegsters). Beide schepen zijn goed uitgerust voor deze missies; elk heeft 12 operatiekamers, twee zuurstof producerende fabrieken, een optometrie lab, een apotheek en meer.

Argon
Door de wijze van produceren en de selectieve adsorptie van stikstof in concentratoren, krijg je ook hogere gehaltes Argon in de zuurstof. Argon is een gas dat van nature (0,94%) in lucht voorkomt.   Het “extraheren” van zuurstof in moleculaire zeven werkt voor argon net zo goed als voor zuurstof. De verkregen zuurstof-93 wordt uiteindelijk ook verrijkt met argon! (ongeveer 4 vol.% argon en reststikstof).  Argon heeft fysiologisch geen effect (in concentraties tot 80% geen effect op bloedsomloop en geen verdoving) Blootstelling aan maximum 4% argonconcentraties bij zuurstoftherapie en onder intensieve beademingsomstandigheden kan schadelijk zijn. 

Bereiding van een geneesmiddel in eigen beheer

Bij de bereiding van een geneesmiddel worden er hoge eisen gesteld aan de kwaliteit van de grondstof. In dit geval omgevingslucht.

De bereiding van deze vorm van zuurstof is een bereiding van een geneesmiddel in eigen beheer. De grondstof (omgevingslucht), het bereidingsproces en de kwaliteit van de geleverde gas dient aan de voorwaarden van de GMP te voldoen.

Vloeibare zuurstof

In Nederlandse ziekenhuizen wordt overwegend vloeibare zuurstof ingezet. Deze vloeibare zuurstof (geneesmiddel) wordt met behulp van tankauto’s vanuit luchtscheidingsfabrieken aangeleverd, en wordt bij het ziekenhuis overgeheveld naar stationaire tanks op het ziekenhuisterrein. 

De zuurstof wordt in verdampers gasvormig gemaakt (1 liter vloeibare zuurstof wordt ca. 850 liter gasvormige zuurstof). Via een leidingwerk wordt de zuurstof gedistribueerd naar de afnamepunten bij bedden voor de beademing van patiënten.

Indien u meer wilt weten over dit soort systemen of over medische gassen in zijn algemeenheid, neem dan met mij contact op.