注目すべきグリーンケミストリーのトレンド：CAS Insightsウェビナーのハイライト
世界各国の政府は、環境および健康上の目標を達成するために、特定の物質の使用を制限または禁止しています。科学者は、複雑さを増す持続可能性の課題に対処しながら、より迅速に成果を出すというプレッシャーにさらされています。先日のCAS Insightsウェビナーでは、業界のリーダーや教育者が一堂に会し、グリーンサイエンスのトレンドがどのように科学分野の研究開発を再構築しているかを探りました。
ウェビナーでは、「注目すべきグリーンケミストリーのトレンド：CAS Insightsウェビナーのハイライト」と題し、エイミー・キャノン博士（Beyond Benign共同創設者兼エグゼクティブディレクター）、ダン・ベイリー氏（武田薬品工業 アソシエイト・サイエンティフィック・フェロー）、そしてレイトン・ジョーンズ氏（CAS 材料担当リード・インフォメーション・サイエンティスト）が、メカノケミストリー、水系反応、人工知能が、いかにして従来の化学プロセスを変革し、重要な持続可能性指標に対応しているかについて議論しました。
教育がグリーンケミストリーのイノベーションを推進する
キャノン博士と、グリーンケミストリー分野の創設者の一人であるジョン・ワーナー博士が共同設立したBeyond Benignは、化学者の育成方法と、持続可能な化学製品を創出するために必要なスキルとの間のギャップを埋める活動を行っています。キャノン博士によると、化学系卒業生の約85%が産業界に進みますが、その多くが必要な能力を欠いているといいます。
Beyond Benignが産業界の専門家を対象に行った調査では、グリーンケミストリーのスキルを持つ科学者の採用が困難であるという報告が寄せられました。求められる能力のリストは増え続けており、ライフサイクルアセスメント（LCA）、技術経済評価、毒性学、そして研究現場でのグリーンケミストリー原則の適用方法などが含まれています。
同組織の「グリーンケミストリー・コミットメント」プログラムは、現在世界で260以上の大学が参加するまでに成長しました。このプログラムは、参加機関の共同の取り組みが評価され、英国王立化学会の「ホライズン賞（教育部門）」を最近受賞しました。Beyond Benignはまた、米国化学会（ACS）グリーンケミストリー・インスティテュートと共同開発したプラットフォーム「Green Chemistry Teaching and Learning Community」を通じて、オープンアクセスのリソースを提供しています。
キャノン博士は、グリーンケミストリーは単なる独立した学問分野ではなく、パラダイムシフトであると強調しました。しかし、変化には専門能力の開発、時間、そしてすでに多忙な業務を抱える教育者のリソースが必要となるため、これを実現するのは容易ではありません。
「Sustainability by Design（設計による持続可能性）」が医薬品の環境負荷を最小限に抑える
ブラウン大学で化学と人類学の学士号を取得したベイリー氏は、武田薬品の「Sustainability by Design」プログラムを率いています。このプログラムは、製品の環境負荷の約80%が決定づけられる製品設計段階において、環境負荷を最小限に抑えることに重点を置いています。
「医薬品業界では特にその傾向が強いと言えます。医薬品業界は規制の厳しいビジネスであり、新しい薬や製品が保健当局によって承認されると、製品そのものや製造方法を変更することが非常に困難になるからです」とベイリー氏は説明します。一度保健当局に承認されると、変更には各国でリソースを要する規制当局の承認が必要となり、その医薬品の15年から20年にわたるライフサイクル全体にわたって環境負荷が固定されてしまうのです。
武田薬品は、2035年までに事業活動および施設で、2040年までにバリューチェーン全体でネットゼロエミッションを達成するという野心的な環境目標を掲げています。「Sustainability by Design」プログラムは、有効成分、製剤、包装、医療機器を包括的に検討することで、これらの企業目標を個々の医薬品に対する実行可能な戦略へと変換しています。
ライフサイクルアセスメントは、資源の抽出から製造、流通、患者による使用、廃棄に至るまでの環境負荷をチームが理解するのに役立ちます。ベイリー氏のチームは、医薬品の種類によって環境負荷の要因が異なることを発見しました。合成分子医薬品の場合、製造プロセスで使用される材料が最大のフットプリントを生み出しています。業界のベンチマークによると、1キログラムの有効成分を製造するために平均182キログラムの材料が必要であり、投入量の1%未満しか製品にならず、99%が廃棄物となっていることがわかっています。合成分子プロセスにおける廃棄物重量の約60%を溶媒が占めています。
細胞培養バイオプロセスで製造されるバイオ医薬品は、それぞれ異なるパターンを示します。クリーンルーム環境を維持する生産施設のエネルギー消費が、環境負荷の大部分を占めています。バイオ医薬品の製造には製品1キログラムあたり約7,500キログラムの原材料投入が必要ですが、その約95%は水が占めています。
既存の慣習に挑むメカノケミストリーと水系化学
両パネリストは、メカノケミストリーと水系化学（in-water/on-water chemistry）が、化学反応のあり方に関する根本的な前提を覆すものとして、グリーンサイエンスの刺激的なトレンドであると指摘しました。キャノン氏は、「長年、多くの人がグリーンケミストリーと自身の業務との関連性を見出せていない、あるいは自分には関係ないと考えていることが最大の誤解の一つだと感じています」と述べ、グリーンケミストリーがすべてのサブディシプリン（下位分野）に適用可能であることを強調しました。
ベイリー氏は、武田薬品が約8年前から水系化学に取り組み、これらの手法の実装において大きな進歩を遂げていると述べました。「有機溶媒は、製品製造において私たちが直面する最大のホットスポットの一つです。したがって、有機溶媒の使用量を削減するためのあらゆる取り組みが、非常に大きなインパクトをもたらします」と説明しました。水系化学は、基本的にプロセスを維持したまま有機溶媒を水に置き換える手法であるため、既存の設備に容易に適応可能です。
メカノケミストリーには、製薬企業が運用経験を持たない可能性のある異なる種類の設備が必要です。メカノケミカルプロセスをスケールアップするための最も安全な方法については依然として課題が残りますが、押出機や連続ビーズミルを用いた研究は有望視されています。こうした課題にもかかわらず、武田薬品はメカノケミストリーが有機溶媒の消費量を削減する大きな可能性を秘めていることから、パートナーシップを維持しています。
キャノン氏は、これらのトレンドが既存の慣習に対する根本的な問い直しを象徴していると振り返りました。彼女は、シンシナティ大学のジェームズ・マック氏の研究に言及し、化学者が特定の制約の中で訓練を受け、主に原材料を溶媒に溶かすことを学んでいる現状を指摘しました。「この分野の科学者たちは、その現状を見て『本当に溶媒が必要なのか？他にどのような方法で材料を反応させられるか？他にどのようなエネルギー形態があるのか？』と問いかけています。そこにイノベーションが生まれるのです」と彼女は語りました。
持続可能な開発を加速させるAI
武田薬品は、持続可能なプロセス開発の多面的な領域でAIの実装に成功しています。ベイリー氏は、ベイズ最適化手法を中・高スループットスクリーニングと組み合わせることで、チームが最適な反応条件を迅速に特定できるようになったと説明しました。AIを活用した分析手法も興味深い成果を上げており、MITのグループと共同開発した、カメラとレーザーのみを用いて粉体の粒度分布を測定する機械学習モデルなどがその例です。
ベイリー氏とキャノン氏は、AIがグリーンケミストリーコミュニティで注目を集めている分野として、予測毒性学を挙げました。化学者は通常、毒性学の訓練を受けていませんが、この知識は分子設計において極めて重要です。彼らは、大規模製造へとつながる材料選定の意思決定において、この知識がいかに重要であるかを強調しました。
持続可能な化学産業に向けた行動
両パネリストは、化学産業に携わるすべての人に対し、自身の業務が環境の持続可能性にどのような影響を与えるかを考えるよう促し、締めくくりました。ベイリー氏は現在の環境課題を認めつつ、イノベーションの刺激的な機会を強調しました。キャノン氏もこれに同調し、「重要なのは、自分にできる行動を見つけることです。この分野には挑戦が必要であり、あなたたちの力も必要です」と述べました。
本ウェビナーでは、グリーンサイエンスのトレンドが、実験室の技術から企業戦略、教育から規制遵守に至るまで、いかに広範に及んでいるかが示されました。キャノン氏が指摘したように、中心的な科学である化学には他の多くの分野に影響を与える大きな可能性があり、この責任をより深く自覚することが、サステナビリティの動きを大きく前進させるでしょう。
ウェビナーの全編を視聴する
パネリストからのさらなる洞察については、ウェビナーの全編録画をご覧ください。グリーンサイエンスのトレンドが、科学分野全体で研究開発をどのように形作っているかについて、より深い理解が得られます。
