La industria farmacéutica es uno de los sectores más relevantes en la economía actual. Durante más de un siglo, la producción farmacéutica se ha basado en la producción por lotes, pero esta carece de la agilidad, la flexibilidad y la solidez para cumplir con los desafíos actuales. Con una población en crecimiento exponencial y recursos que disminuyen rápidamente, la industria farmacéutica se enfrenta a amenazas para la salud pública, como la escasez de medicamentos. Además de las limitaciones de la tecnología por lotes para aumentar la producción, la industria farmacéutica es responsable de grandes cantidades de residuos. Para su Ph.D. investigación, Olivia Morales González analizó nuevos enfoques de procesos que pueden superar estas limitaciones en la industria farmacéutica.

Se necesitan plataformas de fabricación alternativas para superar los desafíos ambientales y económicos presentes y futuros en la industria farmacéutica. Olivia Morales González ha investigado nuevas plataformas de proceso, a saber, extracción reactiva con líquidos iónicos, nanorreactores poliméricos y nuevas ventanas de proceso.

Morales González llevó a cabo evaluaciones del ciclo de vida y evaluaciones tecnoeconómicas para identificar puntos críticos en estos conceptos de proceso antes de su implementación industrial y, a partir de su investigación, Morales González sugiere una serie de optimizaciones.

Procesamiento continuo

En primer lugar, Morales González evaluó ventanas de proceso novedosas observando la evaluación del ciclo de vida de la producción de vitamina D3. Las nuevas ventanas de proceso son una nueva forma de diseño de procesos para impulsar la tecnología de microprocesos para la producción de productos químicos finos de alto valor agregado en condiciones adversas (por ejemplo, alta temperatura y presión). Esta vitamina fue elegida para la investigación porque es un nutriente muy común y necesario producido y consumido en todo el mundo.

Además, las nuevas ventanas de proceso se compararon con múltiples procesos por lotes. La vitamina D3 se produce continuamente en microrreactores (es decir, microflujo) y combina la fotoirradiación UV y el procesamiento a alta presión y alta temperatura (fotoirradiación, alta presión y temperatura). Luego, la cristalización continua purifica el producto.

Los procesos se modelaron con el software de simulación de procesos ASPEN Plus utilizando datos de primer plano de la configuración continua experimental y datos de fondo de diferentes patentes. El impacto medioambiental del proceso continuo se debe principalmente al uso de acetonitrilo y metil terc-butil éter (t-BME), que son disolventes.

En comparación con los procesos por lotes, el proceso continuo ofrece una reducción significativa en términos de impacto ambiental. Incluso considerando las altas tasas de reciclaje (95 %) del solvente en escenarios por lotes, el impacto es al menos el doble. Además, es necesario reciclarlos sin ningún paso de purificación adicional.

Evaluación tecnoeconómica

A continuación, Morales González realizó una evaluación tecnoeconómica de la producción de nanoagregados de enzimas reticuladas (c-CLEnA) a escala de laboratorio. Estas son vesículas poliméricas en forma de cuenco que se utilizaron como soportes, con la ventaja de una alta retención de actividad y facilidad de reciclaje.

El soporte representa una gran fracción del costo en el caso de procesos enzimáticos. Así, Morales González evaluó la producción para encontrar puntos calientes que pudieran optimizarse. El costo estimado por 0,5 ml de c-CLEnA cargado con CalB es de 139 € y esto se debe principalmente a los gastos de capital (costos relacionados con la compra de activos fijos, como equipos). Este costo se comparó con los soportes reticulados tradicionales, cuya producción es más simple en comparación con c-CLEnA, pero se producen más fugas. Morales González encontró que c-CLEnA necesita ser reciclado alrededor de 20 veces para obtener algún tipo de beneficio económico. Finalmente, se discutieron los cambios de proceso en cuanto al impacto en el costo de producción.

Fábrica de Disolventes Funcionales

Finalmente, se introduce el concepto de Fábrica de Solventes Funcionales (FSF) y la solubilidad, que es su principal KPI. Un estudio de caso (para la síntesis de azida de bencilo) evaluó el uso combinado de extracción reactiva con líquidos iónicos. Este estudio de caso se basó en la literatura debido al bajo nivel de preparación tecnológica (TRL) de este concepto. Se crearon dos modelos para la FSF utilizando el software ASPEN Plus. Luego, el concepto se comparó con otras dos alternativas de proceso, de última generación (por lotes) y sin solventes (continuo). Se realizó una evaluación del ciclo de vida para comparar e identificar puntos críticos. Los puntos calientes son los procesos y actividades en el ciclo de vida que tienen una gran contribución al impacto ambiental total. Identificarlos ayuda en la toma de decisiones para diseñar procesos de producción óptimos.

Los resultados muestran que el impacto ambiental de ambos casos FSF es mayor que los casos de referencia. En particular, el caso sin solvente resultó en el menor impacto ambiental. A pesar de los resultados, la investigación se centró en recopilar los datos necesarios para las etapas posteriores de desarrollo y para otras fábricas de solventes.

Para llevar esta plataforma al mercado, es necesario optimizar el uso de líquidos iónicos, bajas cantidades de uso de solventes, bajas temperaturas de procesamiento, alta reciclabilidad y evitar la contaminación de los líquidos iónicos. Morales González concluye que estos indicadores de desempeño influirán en el desarrollo futuro de esta plataforma.

Morales González también abordó las incertidumbres del estudio de caso anterior, particularmente los escenarios FSF. La aplicación de una evaluación del ciclo de vida en las primeras etapas de desarrollo es más desafiante en comparación con las tecnologías no comercializadas. Muchas incertidumbres surgen de los datos faltantes o inexactos, la variabilidad temporal y espacial y la inexactitud de los modelos, entre otros factores.

Para abordar estas incertidumbres, se realizaron parámetros estocásticos con distribuciones de probabilidad en lugar de valores fijos y la propagación del muestreo utilizando simulaciones de Monte Carlo. Luego, se utilizó el enfoque del área de superposición para evaluar los resultados de estos LCA comparativos. Esto creó un resultado diferente en comparación con el LCA determinista, ya que la similitud en ambos casos es mayor en comparación con los resultados anteriores. Además, destacó la necesidad de abordar el uso correcto de los líquidos iónicos. + Explora más

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