Tendencias de la química verde que hay que tener en cuenta: puntos destacados del seminario web de CAS Insights
Gobiernos de todo el mundo están restringiendo o prohibiendo el uso de determinadas sustancias para alcanzar objetivos medioambientales y sanitarios. Los científicos se enfrentan a una presión cada vez mayor para obtener resultados con mayor rapidez, al tiempo que afrontan retos de sostenibilidad cada vez más complejos. El reciente seminario web de CAS Insights reunió a líderes de la industria y educadores para explorar cómo remodelan las tendencias de la ciencia verde la investigación y el desarrollo en todos los ámbitos científicos.
En el seminario web Tendencias de la química verde que hay que tener en cuenta: puntos destacados del seminario web de CAS Insights, la Dra. Amy Cannon (cofundadora y directora ejecutiva de Beyond Benign), Dan Bailey (investigador científico asociado de Takeda Pharmaceuticals) y Leighton Jones (científico jefe de información para materiales de CAS) debatieron sobre cómo la mecanoquímica, las reacciones basadas en el agua y la inteligencia artificial están transformando los procesos químicos tradicionales, a la vez que abordan métricas críticas de sostenibilidad.
La educación impulsa la innovación en 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 cómo se forma a los químicos y las habilidades necesarias para crear productos químicos sostenibles. Cannon afirmó que aproximadamente el 85 % de los licenciados en ciencias químicas se incorporan a la industria, pero muchos carecen de las competencias esenciales.
Los profesionales de la industria encuestados por Beyond Benign informaron de la dificultad de contratar a 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 Compromiso de Química Verde de la organización ha crecido hasta incluir a más de 260 universidades de todo el mundo. El programa ganó recientemente el Premio Horizonte de Educación de la Real Sociedad de Química, que reconoce el trabajo colectivo de las instituciones participantes. Beyond Benign también ofrece recursos de libre acceso a través de su plataforma Comunidad de Enseñanza y Aprendizaje de la Química Verde, creada conjuntamente con el Instituto de Química Verde de la ACS.
Cannon subrayó que la química verde representa un cambio de paradigma más que una disciplina aparte. Esto resulta difícil porque el cambio requiere desarrollo profesional, tiempo y recursos por parte de los educadores que ya se enfrentan a cargas de trabajo exigentes.
La sostenibilidad mediante el diseño minimiza el impacto medioambiental farmacéutico
Bailey, licenciado en química y antropología por la Universidad de Brown, dirige el programa Sostenibilidad por diseño de Takeda. El programa se centra en minimizar el impacto medioambiental durante la fase de diseño del producto, cuando aproximadamente el 80 % del impacto medioambiental de un producto queda fijado para toda su vida útil.
«Creo que esto es doblemente cierto en la industria farmacéutica, que es un negocio muy regulado en el que, después de que las autoridades sanitarias aprueben un nuevo medicamento o un nuevo producto, se hace muy difícil hacer cambios en el producto o cambios en la forma en que fabricamos el producto», explicó Bailey. Una vez que las autoridades sanitarias aprueban un medicamento, los cambios requieren autorizaciones reglamentarias que requieren muchos recursos en múltiples países, lo que bloquea los impactos medioambientales durante los 15 a 20 años de vida útil del medicamento.
Takeda se ha comprometido a alcanzar ambiciosos objetivos medioambientales, entre los que se incluyen las emisiones netas cero para las operaciones e instalaciones en 2035 y para toda la cadena de valor en 2040. El programa Sostenibilidad mediante el diseño traduce estos objetivos corporativos en estrategias procesables para medicamentos individuales mediante el examen holístico del principio activo, la formulación, el envasado y los productos sanitarios.
Las evaluaciones del ciclo de vida ayudan a los equipos a comprender el impacto medioambiental desde la extracción de los recursos hasta su fabricación, distribución, uso por parte de los pacientes y eliminación. El equipo de Bailey ha descubierto que los distintos tipos de medicamentos tienen distintos impulsores medioambientales. En el caso de los medicamentos de moléculas sintéticas, los materiales utilizados en los procesos de fabricación crean la mayor huella. La evaluación comparativa del sector muestra que producir un kilogramo de principio activo requiere una media de 182 kg de materiales, lo que significa que menos del 1 % de los insumos se convierten 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 muestran patrones diferentes. El consumo de energía en las instalaciones de producción que mantienen las condiciones de sala blanca impulsa la mayor parte de la huella. Mientras que los productos biológicos requieren unos 7500 kg de insumos materiales por kilogramo de producto, aproximadamente el 95 % consiste en agua.
La mecanoquímica y la química del agua cuestionan las prácticas establecidas
Ambos panelistas identificaron la mecanoquímica y la química en el agua/sobre el agua como tendencias apasionantes de la ciencia verde porque cuestionan los supuestos fundamentales sobre la producción de las reacciones químicas. «Creo que uno de los mayores malentendidos que he observado a lo largo de los años es que la gente piensa que muchos no ven la relevancia para su trabajo o creen que no es pertinente», dijo Cannon, haciendo hincapié en que la química verde es aplicable a todas las subdisciplinas.
Bailey señaló que Takeda trabaja en la química en agua desde hace unos ocho años y ha logrado avances significativos en la aplicación de estos enfoques. «Los disolventes orgánicos son uno de los mayores puntos críticos que vemos en la producción de nuestros productos. Así que cualquier cosa que podamos hacer para reducir el uso de disolventes orgánicos puede tener un impacto muy muy grande», explicó. La química en agua se adapta fácilmente a los equipos existentes porque consiste ante todo en sustituir los disolventes orgánicos por agua manteniendo procesos similares.
La mecanoquímica requiere diferentes tipos de equipos con los que las empresas farmacéuticas pueden no tener experiencia. Sigue habiendo dudas sobre los métodos más seguros para escalar los procesos mecanoquímicos, aunque el trabajo con extrusoras y molinos continuos de microesferas resulta prometedor. A pesar de estos problemas, Takeda mantiene asociaciones en mecanoquímica porque la tecnología ofrece un potencial sustancial para reducir el consumo de disolventes orgánicos.
Cannon reflexionó sobre el modo en que estas tendencias representan un cuestionamiento fundamental de las prácticas establecidas. Hizo referencia al trabajo de James Mack en la Universidad de Cincinnati, quien expresó cómo se formaba a los químicos dentro de unas limitaciones específicas, principalmente aprendiendo a disolver materias primas en disolventes. «Todos estos científicos en este espacio miran y piensan: "¿De verdad necesitamos disolverlo? ¿De qué otra forma podemos hacer reaccionar estos materiales? ¿Qué otras formas de energía existen?", afirmó. Creo que es entonces cuando se producen las innovaciones».
La IA acelera el desarrollo sostenible
Takeda ha aplicado 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 óptimas de reacción. Los métodos analíticos habilitados por la 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 las partículas de los polvos solo con la ayuda de una cámara y un láser.
Bailey y Cannon destacaron la toxicología predictiva como un área en la que la IA ha ganado terreno en la comunidad de la química verde. Los químicos suelen carecer de formación en toxicología y, sin embargo, estos conocimientos resultan cruciales para el diseño molecular. Hicieron hincapié en la importancia de este conocimiento para las decisiones de selección de materiales que, con el tiempo, podrían desembocar en la fabricación a gran escala.
Actuar hacia una empresa química sostenible
Ambos panelistas concluyeron animando a todos los integrantes de la empresa química a considerar el impacto de su trabajo en la sostenibilidad medioambiental. Bailey reconoció los retos medioambientales existentes a la vez que hizo hincapié en las apasionantes oportunidades de innovación. Cannon se hizo eco de estos sentimientos: «Creo que de lo que se trata es de encontrar una acción que se pueda llevar a cabo. Necesitamos ese desafío en este espacio, y también le necesitamos a usted aquí».
El seminario web demostró que las tendencias de la ciencia verde abarcan desde las técnicas de laboratorio hasta la estrategia corporativa, pasando por la educación en las aulas y el cumplimiento de la normativa. Como señaló Cannon, la química como ciencia central tiene un enorme potencial para influir en muchas otras áreas, y asumir esta responsabilidad más plenamente haría avanzar el movimiento de la sostenibilidad de forma significativa.
Vea el seminario web completo
Para conocer más puntos de vista de los panelistas, vea la grabación completa del seminario web. Comprenderá mejor cómo las tendencias de la ciencia verde dan forma a la investigación y el desarrollo en todos los ámbitos científicos.
