Tendências em química verde para ficar de olho: Destaques do webinar do CAS Insights
Governos em todo o mundo estão restringindo ou proibindo o uso de certas substâncias para cumprir metas ambientais e de saúde. Os cientistas enfrentam uma pressão crescente para entregar resultados mais rapidamente, enquanto navegam por desafios de sustentabilidade cada vez mais complexos. O recente webinar do CAS Insights reuniu líderes do setor e educadores para explorar como as tendências da ciência verde estão remodelando a pesquisa e o desenvolvimento em diversas áreas científicas.
No webinar, Tendências em Química Verde para Ficar de Olho: Destaques do Webinar do CAS Insights, Dra. Amy Cannon (cofundadora e diretora executiva da Beyond Benign), Dan Bailey (pesquisador científico associado da Takeda Pharmaceuticals) e Leighton Jones (cientista líder de informações de materiais no CAS) discutiram como a mecanoquímica, as reações à base de água e a inteligência artificial estão transformando os processos químicos tradicionais enquanto abordam métricas críticas de sustentabilidade.
A educação impulsiona a inovação na química verde
A Beyond Benign, cofundada por Cannon e pelo Dr. John Warner, um dos fundadores do campo da química verde, trabalha para reduzir a lacuna entre a formação dos químicos e as habilidades necessárias para criar produtos químicos sustentáveis. Cannon afirmou que aproximadamente 85% dos graduados em ciências químicas ingressam na indústria, mas muitos carecem de competências essenciais.
Profissionais do setor entrevistados pela Beyond Benign relataram dificuldade em contratar cientistas com habilidades em química verde. A lista crescente de competências necessárias inclui avaliações de ciclo de vida, avaliações tecnoeconômicas, toxicologia e como aplicar os princípios da química verde em ambientes de pesquisa.
O programa Green Chemistry Commitment da organização cresceu e agora inclui mais de 260 universidades em todo o mundo. O programa ganhou recentemente o prêmio Horizon Prize for Education da Royal Society of Chemistry, reconhecendo o trabalho coletivo das instituições participantes. A Beyond Benign também oferece recursos de acesso aberto por meio de sua plataforma Green Chemistry Teaching and Learning Community, criada em conjunto com o ACS Green Chemistry Institute.
Cannon enfatizou que a química verde representa uma mudança de paradigma, e não uma disciplina separada. Isso se mostra desafiador porque a mudança exige desenvolvimento profissional, tempo e recursos de educadores que já enfrentam cargas de trabalho exigentes.
Sustentabilidade por design minimiza o impacto ambiental farmacêutico
Bailey, formado pela Brown University com bacharelado duplo em química e antropologia, lidera o programa de Sustentabilidade por Design da Takeda. O programa foca em minimizar os impactos ambientais durante a fase de design do produto, quando aproximadamente 80% dos impactos ambientais de um produto são definidos para toda a sua vida útil.
"Acho que isso é duplamente verdadeiro na indústria farmacêutica, que é um setor altamente regulamentado onde, após a aprovação de um novo medicamento ou produto pelas autoridades de saúde, torna-se muito difícil fazer alterações no produto ou na forma como o fabricamos", explicou Bailey. Uma vez que as autoridades de saúde aprovam um medicamento, as mudanças exigem aprovações regulatórias que consomem muitos recursos em vários países, consolidando os impactos ambientais durante os 15 a 20 anos de vida útil do medicamento.
A Takeda se comprometeu com metas ambientais ambiciosas, incluindo emissões líquidas zero para operações e instalações até 2035 e para toda a cadeia de valor até 2040. O programa de Sustentabilidade por Design traduz esses objetivos corporativos em estratégias acionáveis para medicamentos individuais, examinando o ingrediente ativo, a formulação, a embalagem e os dispositivos médicos de forma holística.
As avaliações de ciclo de vida ajudam as equipes a entender os impactos ambientais desde a extração de recursos até a fabricação, distribuição, uso pelo paciente e descarte. A equipe de Bailey descobriu que diferentes tipos de medicamentos possuem fatores ambientais distintos. Para medicamentos de moléculas sintéticas, os materiais usados nos processos de fabricação criam a maior pegada. O benchmarking do setor mostra que a produção de um quilograma de ingrediente ativo requer uma média de 182 quilogramas de materiais, o que significa que menos de 1% dos insumos se torna produto, enquanto 99% se torna resíduo. Os solventes representam aproximadamente 60% da massa de resíduos em processos de moléculas sintéticas.
Produtos biológicos fabricados por meio de bioprocessos de cultura celular apresentam padrões distintos. O consumo de energia em instalações de produção que mantêm condições de sala limpa é o principal responsável pela pegada ambiental. Embora os produtos biológicos exijam cerca de 7.500 kg de insumos por kg de produto, aproximadamente 95% consistem em água.
Mecanoquímica e química em meio aquoso desafiam práticas estabelecidas
Ambos os palestrantes identificaram a mecanoquímica e a química em meio aquoso como tendências promissoras da ciência verde, pois desafiam premissas fundamentais sobre como as reações químicas ocorrem. "Acho que um dos maiores equívocos que notei ao longo dos anos é que muitos não veem como a química verde se conecta ao seu trabalho ou acham que ela não é relevante para suas atividades", disse Cannon, enfatizando como a química verde se aplica a todas as subdisciplinas.
Bailey observou que a Takeda trabalha com química em meio aquoso há cerca de oito anos e fez progressos significativos na implementação dessas abordagens. "Os solventes orgânicos são um dos maiores pontos críticos que observamos na produção de nossos produtos. Portanto, qualquer coisa que possamos fazer para reduzir o uso de solventes orgânicos pode ter um impacto realmente grande", explicou. A química em meio aquoso adapta-se facilmente aos equipamentos existentes, pois envolve principalmente a substituição de solventes orgânicos por água, mantendo processos semelhantes.
A mecanoquímica exige tipos de equipamentos diferentes que as empresas farmacêuticas podem não ter experiência em operar. Restam dúvidas sobre os métodos mais seguros para escalar processos mecanoquímicos, embora o trabalho com extrusoras e moinhos de esferas contínuos apresente resultados promissores. Apesar desses desafios, a Takeda mantém parcerias em mecanoquímica porque a tecnologia oferece um potencial substancial para reduzir o consumo de solventes orgânicos.
Cannon refletiu sobre como essas tendências representam um questionamento fundamental das práticas estabelecidas. Ela mencionou o trabalho de James Mack, da Universidade de Cincinnati, que articulou como os químicos são treinados dentro de restrições específicas, aprendendo principalmente a dissolver matérias-primas em solventes. "Todos esses cientistas nesta área estão olhando para isso e dizendo: 'Precisamos mesmo de solventes? De que outra forma podemos fazer esses materiais reagirem? Que outras formas de energia existem?'", disse ela. "Acho que é aí que as inovações acontecem."
IA acelera o desenvolvimento sustentável
A Takeda implementou com sucesso a IA em várias dimensões do desenvolvimento de processos sustentáveis. Bailey descreveu como otimizadores bayesianos, combinados com triagem de média ou alta produtividade, ajudam as equipes a identificar condições ideais de reação rapidamente. Métodos analíticos habilitados por IA produziram resultados interessantes, incluindo um modelo de aprendizado de máquina desenvolvido em parceria com grupos do MIT que mede a distribuição do tamanho de partículas de pós usando apenas uma câmera e um laser.
Bailey e Cannon destacaram a toxicologia preditiva como uma área onde a IA ganhou força na comunidade de química verde. Os químicos geralmente não possuem treinamento em toxicologia, mas esse conhecimento é crucial para o design molecular. Eles enfatizaram a importância desse conhecimento para decisões de seleção de materiais que podem eventualmente impactar a fabricação em larga escala.
Agindo em prol de uma indústria química sustentável
Ambos os palestrantes encerraram incentivando todos na indústria química a considerar como seu trabalho impacta a sustentabilidade ambiental. Bailey reconheceu os desafios ambientais atuais, enfatizando as oportunidades empolgantes para inovação. Cannon reforçou esses sentimentos: "Acho que o ponto principal é encontrar uma ação que você possa realizar. Precisamos desse desafio nesta área, e precisamos de você aqui também."
O webinar demonstrou como as tendências da ciência verde abrangem desde técnicas laboratoriais até estratégias corporativas, da educação em sala de aula à conformidade regulatória. Como observou Cannon, a química, como ciência central, tem um potencial tremendo para impactar muitas outras áreas, e assumir essa responsabilidade de forma mais plena impulsionaria significativamente o movimento de sustentabilidade.
Assista ao webinar completo
Para explorar mais percepções dos palestrantes, assista à gravação completa do webinar. Você obterá uma compreensão mais profunda de como as tendências da ciência verde estão moldando a pesquisa e o desenvolvimento em diversos domínios científicos.
