Inovace: Pomůže solární energie těm nejohroženějším pacientům?

Koncentrovaný kyslík hraje zásadní roli v péči o některé naše pacienty s nejzávažnějšími diagnózami. Ale obtížně se převáží a jeho výroba je drahá. Logistik Lékařů bez hranic Per-Erik zkouší tento obtížný problém vyřešit s pomocí slunečního záření.

Koncentrovaný kyslík zachraňuje životy. Zatímco ve vzduchu je obsah kyslíku zhruba dvacet procent, koncentrovaný kyslík je devadesátiprocentní. Je nepostradatelným lékařským nástrojem, ať už zachraňuje předčasně narozené děti, jejichž plíce jsou ještě nedovyvinuté, děti se zápalem plic nebo hypoxií, či pacienty s mnoha dalšími diagnózami po celém světě.

MSF-Anna Surinyach

Dítě dostává kyslík v rámci projektu Lékařů bez hranic ve státě Borno v Nigérii. Foto: Anna Surinyach / MSF

Problém

Koncentrátory kyslíku spotřebovávají obrovské množství energie. Jen jediný přístroj spotřebuje více než tisíc litrů nafty za měsíc. Jsou tak energeticky náročné, že v mnoha projektech Lékařů bez hranic jsou hlavním konzumentem energie.

Používání kyslíku v našich projektech výrazně narůstá, mimo jiné i proto, že naši lékaři a sestry využívají nové technologie například při péči o novorozence. Zajistit dostatečné množství medicínského kyslíku se stak stává novou výzvou.  

Nápad

Na své první misi pro Lékaře bez hranic jsem působil jako technik a logistik v odlehlé vesnici Shamwana v Demokratické republice Kongo. Po deseti letech poskytování lékařské a chirurgické péče a reprodukčních a psychologických konzultací nastal čas předat vedení nemocnice konžskému ministerstvu zdravotnictví.

Byl tu ale problém.

Nemocnice byla, stejně jako mnoho dalších zdravotnických zařízení Lékařů bez hranic, v extrémní vzdálenosti od rozvodné sítě a její provoz tak závisel na dodávkách nafty do generátorů. Po odchodu Lékařů bez hranic by dodávky nebyly zajištěny pravidelně. Ale bez elektřiny z generátorů by v nemocnici nesvítila ani světla, natož aby fungovaly koncentrátory kyslíku.

Několik měsíců před předáním kliniky ministerstvu zdravotnictví jsme dostali nápad. Po řadě telefonátů, honbě za materiálem a závodu s časem se nám podařilo nainstalovat na střechu nemocnice soustavu solárních panelů a baterie pro uchování energie. Bylo jí tolik, aby pokryla nároky na světla, kyslík i „chladící řetězec“ – chlazení potřebné k zachování účinnosti některých léků a vakcín.

MSF-Anna Surinyach

Per-Erik a jeho tým instalují solární panely na střechu nemocnice ve vesnici Shamwana v Kongu. Foto: MSF

Bez baterií?

Projekt Shamwana mě přiměl přemýšlet. Když to může fungovat tam, mohla by solární energie pomoci poskytnout ostatním nemocnicím nepřerušenou dodávku kyslíku? V Shamwaně jsme využili baterie k uskladnění solární energie a později jsme s ní napájeli koncentrátory. Baterie ale mají jen omezenou životnost, v odlehlých oblastech mohou být drahé a jejich výměna je časově náročná.

Co kdybychom sluneční energii využili přímo k výrobě koncentrovaného kyslíku během dne, ale dále bychom ji pak ukládali pro pozdější použití – bez baterií?

Náš tým se rozhodl celý nápad prověřit. Někteří z nás jsou z inovační jednotky Lékařů bez hranic sídlící ve Švédsku, jiní zas z operačního centra v Amsterdamu. Obrátili jsme se na fond „Sapling Nursery“, který podporuje spolupracovníky Lékařů bez hranic při zavádění inovativních přístupů během mimořádných situací. A oni souhlasili.

Drahá výroba a riskantní převoz

Náš průzkum ukázal, že zdravotnická zařízení Lékařů bez hranic primárně závisí na malých mobilních koncentrátorech kyslíku, původně určených pro domácí použití jednotlivými pacienty. Stejně jako v Shamvaně jsou většinou napájeny prostřednictvím generátorů.

Per-Erik Eriksson-MSF

Dítě se zápalem plic dýchá pomocí kyslíkového koncentrátoru v projektu Lékařů bez hranic v Kongu. Foto: Diana Zeyneb Alhindawi

Když jsme prošli data, zjistili jsme, že roční provozní náklady na jeden generátor v Kongu činí zhruba 5 200 euro. Cena nafty se samozřejmě liší podle oblastí, ale částka několinásobně překračuje cenu samotného generátoru!

V některých nemocnicích používají zaměstnanci Lékařů bez hranic také vysokotlaké kyslíkové lahve. To s sebou nese řadu rizik, protože nádoby jsou náchylné k výbuchu, pokud se neskladují a nepřeváží správně. A potřebujeme jich tolik, že jejich přeprava je opravdu náročný úkol – zejména pokud vezete celý náklad v jenom kamionu na kliniku v odlehlé lokalitě.

Další důvod zjistit, jestli nám nemohou pomoci solární panely!

Pod tlakem…

Tak jsme se pustili do prověřování nejrůznějších metod stlačování a uskladňování medicínského kyslíku. Jako první jsme se zaměřili na „kompresi pod vysokým tlakem“.

Pro náš projekt by využití metody komprese pod vysokým tlakem znamenalo vyrobit kyslík, a pak ho skladovat v tlakových lahvích. Vzhledem k tomu, že by to celé probíhalo v nemocnici, odpadly by starosti kolem transportu potenciálně výbušných nádob po rozbitých cestách v nebezpečném prostředí, jako jsou konfliktní zóny.

Per-Erik Eriksson-MSF

Schematický nákres systému vysokotlaké komprese. Plnicí stanice je zcela vpravo.

Setkali jsme se s několika firmami, které vyrábí tento druh nemocničního zařízení. Žádná z nich se však prozatím detailněji nezabývala možností využití solární energie u svých výrobků.

Kromě toho by investice do tak velkého vybavení v našich nemocnicích mnohonásobně převyšovala náklady na provoz přenosných generátorů, které používáme nyní.

Vysoká cena vyplývá z nabídky a poptávky. Stanice pro výrobu medicínského kyslíku se produkují v malých sériích pro jednotlivé nemocnice. A to je drahé. Přenosné koncentrátory, které momentálně používají Lékaři bez hranic, se vyrábí masově a jsou určené pro široký trh domácí péče. Tím pádem jsou mnohem levnější.

Překážky v podobě ceny a energie nás přiměly ke zvážení nové strategie: nízkotlaké skladovací technologie.

Pod (výrazně menším) tlakem…

Narozdíl od metody vysokého tlaku využívaného ke stlačení kyslíku do zásobních lahví, nízkotlaká varianta vyžaduje mnohem větší nádrž a využívá systém trubek, kterými proudí kyslík přímo k pacientům.

Má to své výhody i nevýhody.

Protože kyslík není tak stlačený, má mnohem větší objem a vyžaduje tedy obrovský úložný systém. Je také třeba zajistit systém trubek, což znamená mnohem menší flexibilitu než jen přinést koncentrátor k lůžku pacienta.

Kyslík z trubek může být ale pro pacienty příjemnější, protože jim koncentrátor nepřetržitě nehučí přímo u postele. Je také bezpečnější z hlediska přenosu infekcí, protože na rozdíl od koncentrátorů se nemusí přesouvat mezi pacienty.

Přestože se nízkotlaká metoda zpočátku zdála jako možné řešení našeho problému, na trhu nebyl žádný produkt, který by splňovl naše požadavky. Potřebovali jsme pomoc.

Britská společnost Diamedica Limited, výrobce zdravotnického vybavení specializující se na vývoj produktů určených pro netypická prostředí, souhlasila, že se s námi bude podílet na výrobě prototypu.

Diana Zeyneb Alhindawi

Prototyp připravený na zahájení zkušebního provozu! Foto: Per-Erik Eriksson / MSF

Čas a prostor

S tímhle plánem jsme mohli začít testovat náš nápad v praxi. Pro zázemí a podporu jsme vyrazili do Bruselu, do centra L’Espace Bruno Corbé (EBC). Jediným potencionálním problémem bylo nepředvídatelné belgické slunce.

Diana Zeyneb Alhindawi

Foto: Per-Erik Eriksson / MSF.

Centrum L´Espace poskytuje lékařskou, technickou a logistickou podporu Lékařům bez hranic při školeních a inovačních aktivitách. Jde o areál uprostřed Bruselu bez elektřiny a tekoucí vody, který představuje velmi realistické testovací prostředí. Primárně vznikl pro účely školení – byl navržen tak, aby co nejlépe simuloval prostředí terénu.

Testování začalo solárním systémem. Pro provoz generátoru kyslíku jsme potřebovali, aby solární systém stabilně produkoval 1,1 kW (220V), pokud možno po dobu co nejvíce hodin.

Andre Quillien-MSF

Naše solární panely připravené k testování ve slunečném Bruselu. Foto: MSF

Belgické slunce nám přálo, ale produkce stabilní elektřiny závisí na nepřetržitém slunečním svitu. Což není tak jednoduché, když si uvědomíte, že slunce se během dne po obloze posouvá! Zjistili jsme, že nejlevnější a nejjednodušší možnost je nainstalovat panely napůl směrem na východ (kam slunce svítí první polovinu dne) a napůl na západ (abychom získali sluneční energii i během odpoledne).

Bude to fungovat?

Poté jsme se zaměřili na kompresi a uskladnění kyslíku. Může nízkotlaký systém fungovat na solární energii?

K výrobě prototypu určeného k testování využila Diamedica zařízení navržené původně jako náhradní zásobárna kyslíku, která zajistí pokračování anestezie v případě výpadku proudu.

Systém se skládá z klasického koncentrátoru kyslíku, malého kompresoru a dvou oddělených zásobních nádob, každé o obsahu 120 litrů.

Po sérii testů a hromadě výpočtů, jsme konečně měli jistotu: náš solární systém na koncentraci a skladování kyslíku je realizovatelný! 

Andre Quillien-MSF

Výroba kyslíku prostřednictvím energie ze solárních panelů by v budoucnu mohla pomáhat i dětským pacientům. Foto: Andre Quillien/MSF

Výhledy do budoucna…

Čeká nás spousta dalších kroků, jako například vytvoření sítě trubek k přepravě kyslíku z nízkotlakého systému a srovnání s ekonomicky výhodnějším vysokotlakým systémem, který jsme zkoumali nedávno. V každém případě jsme ale došli do bodu zlomu. Náš systém fungoval. 

Organizace Lékaři bez hranic podporuje inovace. Ty jsou nezbytné například v případech, jako je tento - zajistit život zachraňující medicínský kyslík pro pacienty, kdykoli ho potřebují. A to i poté, co naše projekty opustíme.