Tendências da química verde para ficar de olho: Destaques do webinar CAS Insights
Governos no mundo todo estão restringindo ou proibindo o uso de certas substâncias para atingir metas ambientais e de saúde. Cientistas enfrentam uma pressão crescente para entregar resultados mais rapidamente, ao mesmo tempo em que lidam com desafios de sustentabilidade cada vez mais complexos. O recente webinar CAS Insights reuniu líderes da indústria e educadores para explorar como as tendências da ciência verde estão remodelando a pesquisa e o desenvolvimento em diferentes domínios científicos.
No webinar, Tendências da Química Verde para Observar: Destaques do Webinar CAS Insights, Dra. Amy Cannon (Co-Fundadora e Diretora Executiva da Beyond Benign), Dan Bailey (Fellow Científico Associado na Takeda Pharmaceuticals) e Leighton Jones (cientista líder de informação para materiais no CAS) discutiram como a mecanoquímica, as reações em meio aquoso e a inteligência artificial estão transformando processos químicos tradicionais, ao mesmo tempo em que abordam métricas críticas de sustentabilidade.
A educação é fundamental para impulsionar a inovação na química verde
A Beyond Benign, cofundada por Cannon e pelo Dr. John Warner, um dos fundadores da área da química verde, atua para reduzir a lacuna entre a forma como os químicos são formados e as habilidades necessárias para criar produtos químicos sustentáveis. Cannon afirmou que aproximadamente 85% dos formandos em ciências químicas ingressam na indústria, mas muitos ainda carecem de competências essenciais.
Profissionais da indústria entrevistados pela Beyond Benign relataram dificuldade para contratar cientistas com competências em química verde. A lista crescente de competências necessárias inclui avaliações de ciclo de vida, avaliações tecnoeconômicas, toxicologia e a aplicação dos princípios da química verde em ambientes de pesquisa.
O programa Green Chemistry Commitment da organização cresceu e já inclui mais de 260 universidades em todo o mundo. O programa recebeu recentemente o Prêmio Horizon de Educação 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 Comunidade de Ensino e Aprendizagem em Química Verde, cocriada 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.
A sustentabilidade desde a concepção minimiza o impacto ambiental na indústria farmacêutica.
Bailey, formado pela Brown University com dupla graduação em química e antropologia, lidera o programa Sustainability by Design da Takeda. O programa se concentra na minimização dos impactos ambientais durante a fase de design do produto, quando aproximadamente 80% dos impactos ambientais de um produto ficam definidos por todo o seu ciclo de vida.
“Acredito que isso seja ainda mais verdadeiro na indústria farmacêutica, que é um setor altamente regulado, no qual, 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 ele é fabricado”, explicou Bailey. Uma vez que as autoridades de saúde aprovam um medicamento, eventuais mudanças exigem aprovações regulatórias intensivas em recursos em vários países, consolidando os impactos ambientais ao longo da vida útil do medicamento, de 15 a 20 anos.
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 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 do ciclo de vida ajudam as equipes a compreender os impactos ambientais desde a extração de recursos até a fabricação, a distribuição, o uso pelo paciente e o descarte. A equipe de Bailey descobriu que diferentes tipos de medicamentos apresentam fatores ambientais distintos. No caso de medicamentos de moléculas sintéticas, os materiais utilizados nos processos de fabricação geram a maior pegada ambiental. O benchmarking do setor mostra que a produção de um quilograma de princípio ativo requer, em média, 182 quilogramas de materiais, o que significa que menos de 1% dos insumos se transforma em produto, enquanto 99% se torna resíduo. Os solventes representam aproximadamente 60% da massa de resíduos nos processos de moléculas sintéticas.
Os produtos biológicos fabricados por meio de bioprocessos de cultura de células apresentam padrões diferentes. O consumo de energia nas instalações de produção que mantêm condições de sala limpa é responsável pela maior parte da pegada ambiental. Enquanto os biológicos exigem cerca de 7.500 quilogramas de insumos de material por quilograma de produto, aproximadamente 95% disso consiste em água.
A mecanoquímica e a química da água desafiam práticas estabelecidas
Ambos os participantes identificaram a mecanoquímica e a química em água/sobre a água como tendências empolgantes de ciência verde porque elas desafiam pressupostos fundamentais sobre como reações químicas ocorrem. “Acho que um dos maiores equívocos ao longo dos anos que percebi é que muitos não veem como a química verde se conecta ao trabalho deles ou acham que não é relevante para o trabalho deles”, disse Cannon, enfatizando como a química verde se aplica em todas as subdisciplinas.
Bailey observou que a Takeda vem trabalhando com química em água há aproximadamente oito anos e obteve avanços 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 muito grande”, explicou ele. A química da água se adapta facilmente aos equipamentos existentes porque envolve, principalmente, a substituição de solventes orgânicos por água, mantendo processos semelhantes.
A mecanoquímica requer tipos diferentes de equipamentos, com os quais as empresas farmacêuticas podem não ter experiência operacional. Ainda existem dúvidas sobre os métodos mais seguros para ampliar os processos mecanoquímicos, embora o trabalho com extrusoras e moinhos de esferas contínuos seja promissor. 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 citou o trabalho de James Mack, da University of Cincinnati, que descreveu como os químicos são formados dentro de restrições específicas, aprendendo, principalmente, a dissolver matérias-primas em solventes. “Todos esses cientistas nessa área estão olhando para isso e dizendo: ‘Será que realmente precisamos de solventes?’” De que outra forma podemos fazer com que esses materiais reajam? “Que outras formas de energia existem por aí?”, disse ela. “Acho que é nesse momento que as inovações acontecem.”
A IA acelera o desenvolvimento sustentável
A Takeda implementou com sucesso a IA em múltiplas dimensões do desenvolvimento de processos sustentáveis. Bailey descreveu como os otimizadores bayesianos, combinados com triagens de média ou alta vazão, ajudam as equipes a identificar rapidamente as condições ideais de reação. Métodos analíticos habilitados por IA têm produzido 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 utilizando apenas uma câmera e um laser.
Bailey e Cannon destacaram a toxicologia preditiva como uma área em que a IA ganhou força na comunidade da química verde. Os químicos geralmente não possuem formação em toxicologia, mas esse conhecimento se mostra crucial para o projeto molecular. Eles enfatizaram a importância desse conhecimento para as decisões de seleção de materiais, que poderiam eventualmente se refletir na produção em larga escala.
Avançando rumo a uma empresa química sustentável
Ambos os palestrantes encerraram incentivando todos no setor químico a considerarem como seu trabalho impacta a sustentabilidade ambiental. Bailey reconheceu os desafios ambientais atuais, ao mesmo tempo em que destacou as empolgantes oportunidades de inovação. Cannon reiterou esses sentimentos: “Acho que o ponto é simplesmente encontrar uma ação que você possa realizar. Precisamos desse desafio nesse espaço, e precisamos de você aqui também.”
O webinar demonstrou como as tendências da ciência verde abrangem desde técnicas laboratoriais até a estratégia corporativa, da educação em sala de aula à conformidade regulatória. Como Cannon observou, a química, como ciência central, tem um enorme potencial de impactar muitas outras áreas, e assumir essa responsabilidade de forma mais plena faria o movimento da sustentabilidade avançar de maneira significativa.
Assista ao webinar completo
Para explorar mais insights dos palestrantes, assista à gravação completa do webinar. Você obterá uma compreensão mais aprofundada de como as tendências da ciência verde estão moldando a pesquisa e o desenvolvimento em diferentes domínios científicos.
