Tendencias en química verde a seguir: aspectos destacados del seminario web de CAS Insights
Los gobiernos de todo el mundo están restringiendo o prohibiendo el uso de ciertas sustancias para cumplir con los objetivos medioambientales y de salud. Los científicos se enfrentan a una presión creciente para obtener resultados más rápidos mientras navegan por desafíos de sostenibilidad cada vez más complejos. El reciente seminario web de CAS Insights reunió a líderes de la industria y educadores para explorar cómo las tendencias de la ciencia verde están transformando la investigación y el desarrollo en todos los ámbitos científicos.
En el seminario web, Tendencias en química verde a seguir: aspectos destacados del seminario web de CAS Insights, la Dra. Amy Cannon (cofundadora y directora ejecutiva de Beyond Benign), Dan Bailey (miembro científico asociado de Takeda Pharmaceuticals) y Leighton Jones (científico de información principal de materiales en CAS) analizaron cómo la mecanoquímica, las reacciones a base de agua y la inteligencia artificial están transformando los procesos químicos tradicionales al tiempo que abordan métricas de sostenibilidad críticas.
La educación impulsa la innovación en la química verde
Beyond Benign, cofundada por Cannon y el Dr. John Warner, uno de los fundadores del campo de la química verde, trabaja para cerrar la brecha entre la formación de los químicos y las competencias necesarias para crear productos químicos sostenibles. Cannon afirmó que aproximadamente el 85% de los graduados en ciencias químicas se incorporan a la industria, pero muchos carecen de competencias esenciales.
Los profesionales del sector encuestados por Beyond Benign informaron de dificultades para contratar científicos con competencias en química verde. La creciente lista de competencias necesarias incluye evaluaciones del ciclo de vida, evaluaciones tecnoeconómicas, toxicología y cómo aplicar los principios de la química verde en entornos de investigación.
El programa Green Chemistry Commitment de la organización ha crecido hasta incluir a más de 260 universidades en todo el mundo. El programa ganó recientemente el premio Horizon Prize for Education de la Royal Society of Chemistry, que reconoce el trabajo colectivo de las instituciones participantes. Beyond Benign también ofrece recursos de acceso abierto a través de su plataforma Green Chemistry Teaching and Learning Community, creada en colaboración con el ACS Green Chemistry Institute.
Cannon subrayó que la química verde representa un cambio de paradigma más que una disciplina independiente. Esto resulta difícil porque el cambio requiere desarrollo profesional, tiempo y recursos por parte de educadores que ya se enfrentan a cargas de trabajo exigentes.
La sostenibilidad desde el diseño minimiza el impacto medioambiental farmacéutico
Bailey, graduado por la Universidad de Brown con una doble licenciatura en química y antropología, dirige el programa de Sostenibilidad desde el Diseño de Takeda. El programa se centra en minimizar los impactos medioambientales durante la fase de diseño del producto, momento en el que aproximadamente el 80% de los impactos medioambientales de un producto quedan fijados para toda su vida útil.
"Creo que eso es doblemente cierto en la industria farmacéutica, que es un negocio altamente regulado donde, una vez que las autoridades sanitarias aprueban un nuevo medicamento o producto, resulta muy difícil realizar cambios en el producto o en la forma en que lo fabricamos", explicó Bailey. Una vez que las autoridades sanitarias aprueban un medicamento, los cambios requieren aprobaciones reglamentarias que consumen muchos recursos en varios países, lo que fija los impactos medioambientales durante los 15 a 20 años de vida útil del medicamento.
Takeda se ha comprometido a alcanzar objetivos medioambientales ambiciosos, incluidas las emisiones netas cero para sus operaciones e instalaciones para 2035 y para toda la cadena de valor para 2040. El programa de Sostenibilidad desde el Diseño traduce estos objetivos corporativos en estrategias viables para medicamentos individuales mediante el examen integral del principio activo, la formulación, el envasado y los dispositivos médicos.
Las evaluaciones del ciclo de vida ayudan a los equipos a comprender los impactos medioambientales desde la extracción de recursos hasta la fabricación, distribución, uso por parte del paciente y eliminación. El equipo de Bailey ha descubierto que los diferentes tipos de medicamentos tienen distintos factores medioambientales. En el caso de los medicamentos de moléculas sintéticas, los materiales utilizados en los procesos de fabricación generan la mayor huella. Los análisis comparativos del sector muestran que la producción de un kilogramo de principio activo requiere una media de 182 kilogramos de materiales, lo que significa que menos del 1% de los insumos se convierte en producto, mientras que el 99% se convierte en residuos. Los disolventes representan aproximadamente el 60% de la masa de residuos en los procesos de moléculas sintéticas.
Los productos biológicos fabricados mediante bioprocesos de cultivo celular presentan patrones distintos. El consumo energético en las instalaciones que mantienen condiciones de sala blanca representa la mayor parte de su huella. Aunque los productos biológicos requieren unos 7500 kilogramos de insumos materiales por kilogramo de producto, aproximadamente el 95 % es agua.
La mecanoquímica y la química en agua desafían las prácticas establecidas
Ambos ponentes señalaron la mecanoquímica y la química en/sobre agua como tendencias prometedoras de la ciencia verde, ya que cuestionan los supuestos fundamentales sobre cómo ocurren las reacciones químicas. «Creo que uno de los mayores errores que he observado a lo largo de los años es que muchos no ven cómo la química verde se conecta con su trabajo o piensan que no es relevante para él», afirmó Cannon, subrayando cómo la química verde se aplica a todas las subdisciplinas.
Bailey señaló que Takeda lleva unos ocho años trabajando en química en agua y ha logrado avances significativos en la implementación de estos enfoques. «Los disolventes orgánicos son uno de los puntos críticos más importantes que observamos en la fabricación de nuestros productos. Por tanto, cualquier medida que tomemos para reducir su uso puede tener un impacto realmente grande», explicó. La química en agua se adapta fácilmente a los equipos existentes, ya que consiste principalmente en sustituir los disolventes orgánicos por agua manteniendo procesos similares.
La mecanoquímica requiere tipos de equipos diferentes que las empresas farmacéuticas quizás no sepan manejar. Siguen existiendo dudas sobre los métodos más seguros para escalar los procesos mecanoquímicos, aunque el trabajo con extrusoras y molinos de bolas continuos resulta prometedor. A pesar de estos retos, Takeda mantiene colaboraciones en mecanoquímica porque la tecnología ofrece un potencial sustancial para reducir el consumo de disolventes orgánicos.
Cannon reflexionó sobre cómo estas tendencias representan un cuestionamiento fundamental de las prácticas establecidas. Hizo referencia al trabajo de James Mack, de la Universidad de Cincinnati, quien articuló cómo los químicos se forman dentro de restricciones específicas, aprendiendo principalmente a disolver materias primas en disolventes. «Todos estos científicos en este campo observan esto y se preguntan: "¿Realmente necesitamos disolventes? ¿De qué otra forma podemos hacer que estos materiales reaccionen? ¿Qué otras formas de energía existen?"», dijo. «Creo que es ahí cuando surgen las innovaciones».
La IA acelera el desarrollo sostenible
Takeda ha implementado con éxito la IA en múltiples dimensiones del desarrollo de procesos sostenibles. Bailey describió cómo los optimizadores bayesianos, combinados con el cribado de rendimiento medio o alto, ayudan a los equipos a identificar rápidamente las condiciones de reacción óptimas. Los métodos analíticos basados en IA han producido resultados interesantes, incluido un modelo de aprendizaje automático desarrollado en colaboración con grupos del MIT que mide la distribución del tamaño de partícula de los polvos utilizando solo una cámara y un láser.
Bailey y Cannon destacaron la toxicología predictiva como un área donde la IA ha ganado terreno en la comunidad de la química verde. Los químicos suelen carecer de formación en toxicología, pero este conocimiento resulta crucial para el diseño molecular. Subrayaron la importancia de este conocimiento para las decisiones de selección de materiales que podrían acabar repercutiendo en la fabricación a gran escala.
Tomar medidas hacia una empresa química sostenible
Ambos ponentes concluyeron animando a todos los miembros del sector químico a considerar cómo su trabajo afecta a la sostenibilidad medioambiental. Bailey reconoció los retos medioambientales actuales al tiempo que destacó las interesantes oportunidades de innovación. Cannon se hizo eco de estos sentimientos: «Creo que la cuestión es simplemente encontrar una acción que puedas llevar a cabo. Necesitamos ese desafío en este ámbito, y también te necesitamos a ti aquí».
El seminario web demostró cómo las tendencias de la ciencia verde abarcan desde las técnicas de laboratorio hasta la estrategia corporativa, y desde la educación en el aula hasta el cumplimiento normativo. Como señaló Cannon, la química, como ciencia central, tiene un potencial tremendo para influir en muchas otras áreas, y asumir esta responsabilidad de forma más plena impulsaría significativamente el movimiento por la sostenibilidad.
Vea el seminario web completo
Para explorar más ideas de los ponentes, vea la grabación completa del seminario web. Obtendrá una comprensión más profunda de cómo las tendencias de la ciencia verde están dando forma a la investigación y el desarrollo en todos los ámbitos científicos.
