Las oportunidades de la tecnología de fluidos supercríticos son muy variadas y siguen ampliándose, posibilitando, por ejemplo, aportar valor añadido para productos vanguardistas destinados a usos biomédicos/farmacéuticos o mejorar el aprovechamiento de recursos infrautilizados de forma alineada con las premisas de la economía circular. Así ha quedado patente en el encuentro de expertos EIFS2022 celebrado en Coimbra (Portugal) del 28 de abril al 1 de marzo de 2022 en el que hemos participado.
Además, en paralelo se ha desarrollado dos eventos asociados a proyectos europeos con temática sinérgica, una reunión de AERoGELS (CA18125) y el «Workshop on Green Processes and Technology», organizado por el proyecto europeo GREENERING (CA18224) en el que estamos involucrados.
A continuación, algunas líneas principales extraídas que pueden resultar inspiradoras para nuevas iniciativas de innovación.
Tendencias en aplicaciones con fluidos supercríticos
Dos años después del último evento presencial organizado por FLUCOMP en febrero de 2020, en el que ya planeaba el COVID-19 en las conversaciones, se acaba de celebrar el EIFS2022, un nuevo encuentro alrededor de la tecnología de fluidos supercríticos en el que se han conjugado la sensación de volverse a reunir en persona y la puesta en común de experiencias en este campo científico-tecnológico.
Entre las diversas temáticas expuestas cabe resaltar las relacionadas con materiales, en las que se focalizaron las ponencias plenarias. De un modo general, a través de las numerosas comunicaciones sucesivas (30 comunicaciones orales y 50 en forma de póster), se ha hablado de distintos tipos de procesos y aplicaciones, entre ellos:
- Procesos para la obtención de materiales de utilidad biomédica y farmacéutica basadas en distintos tipos de nanopartículas, micropartículas, MIP (por sus siglas en inglés, molecularly imprinted polymers), etc.
- Procesos para la obtención de aerogeles con usos diversos: biomédico, construcción, etc.
- Procesos con agua subcrítica y con agua supercrítica para el aprovechamiento de subproductos mediante la obtención de sustancias bioactivas o de valor, como flavonoides o azúcares.
- Procesos de extracción con CO2 supercrítico para la obtención de extractos y sustancias de valor de origen natural con potencial utilidad en productos alimentarios, cosméticos, nutracéuticos, farmacéuticos, etc.
- Procesos de reacción avanzados, desde reacciones catalíticas en reactores de dimensiones más reducidas y tiempos de residencia hasta valorización de CO2 mediante su conversión a través procesos de reacción en productos de uso industrial
También se han expuesto trabajos centrados en los fundamentos de la tecnología, abarcando desde aspectos termodinámicos y equilibrio de fases hasta parámetros físico-químicos, como difusividades, tensión interfacial, densidades de mezclas, etc.
Aplicaciones biomédicas y farmacéuticas, oportunidades y retos
En la vanguardia de las tendencias de investigaciones que aprovechan las ventajas de las tecnologías de los fluidos supercríticos se pueden situar las relacionadas con el ámbito farmacéutico y biomédico. La conveniencia de generar partículas de dimensiones nanométricas para soslayar dificultades de dosificación para vías de administración concretas, para reducir las cantidades necesarias para conseguir un determinado efecto o limitar los efectos secundarios en el caso de tratamientos terapéuticos severos ha motivado el interés de nuevos desarrollos de diversa índole.
En ellos, el papel que desempeña el CO2 supercrítico(o la etapa de proceso en la que se aplica) abarca desde la propia generación de las partículas (micro/nanopartículas) mediante distintas alternativas (DELOS, SAS, etc.) al acondicionamiento de materiales generados mediante otras técnicas (por ejemplo, mediante el secado por spray drying asistido con CO2 supercrítico (SASD) o mediante recubrimiento de partículas soporte con nanopartículas de principios activos por nano-spray coating o mediante impregnación supercrítica).
De este modo, se presentaron investigaciones sobre la obtención de nanopartículas moleculares para usos terapéuticos y diagnósticos (con algún estudio hasta fase preclínica), partículas en forma sólida para la dosificación de principios activos por vía pulmonar (inhalables), formulaciones de compuestos hidrofóbicos e hidrofílicos en liposomas en presentación sólida, micelas de conjugados poliméricos basados en polietilenglicol, secado de aerogeles para aplicaciones reparadoras, etc.
Como se apuntó, existen importantes retos para lograr que estas potencialidades puedan llegar a la práctica, como la importancia de conseguir procesos que conlleven productos homogéneos no solo a escala de laboratorio. El escalado de los procesos y su implementación de forma acorde a las estrictas buenas prácticas de fabricación (normalmente conocidas como GMP por sus siglas en inglés) constituyen aspectos clave para se pueda aplicar en la realidad. En este sentido, se presentó una enfocada a facilitar la cobertura de estos aspectos en el desarrollo de productos nano-farmacéuticos.
Las necesidades de escalado y cumplimiento de GMPS es un punto común en otros tipos de procesos con CO2 destinados a usos biomédicos o farmacéuticos, que también requieren efectuarse bajo GMPs, como sucede en la obtención de principios activos (API, por sus siglas en inglés). Por ejemplo, es posible abordar el escalado de procesos de extracción con CO2 en la Planta Piloto de FSC de AINIA y llevarlos a cabo a escala industrial de forma acorde a GMPs en ALTEX, la planta industrial de AINIA para procesos con CO2 a presión.
Materiales avanzados y soluciones eficientes para un mejor futuro: aerogeles
Una parte de los nuevos desarrollos relacionados con aplicaciones biomédicas expuestos hicieron referencia a aerogeles, materiales sintéticos de distinta composición extremadamente ligeros por su elevada porosidad que suelen combinar unas propiedades estructurales interesantes (micro, meso y macroporosidad) con potencial utilidad en múltiples sectores y usos, por ejemplo, desde alimentario a aeroespacial.
Las innovaciones en aerogeles y la tecnología de fluidos supercríticos confluyen en primer lugar por las ventajas de los procesos de secado de aerogeles con CO2 supercrítico al mantener su estructura tridimensional, ampliamente expuestas en aerogeles de distinta naturaleza entre los que pueden citarse aerogeles basados en almidón, en alginato, en complejos polielectrolito (alginato-gelatina, quitosano-goma xantana), en celulosas modificadas, en fibroina, etc. La naturaleza biocompatible de algunas de estos materiales los hace aptos para aplicaciones como dosificación de principios activos por vía oral o materiales de apoyo en la regeneración de heridas y tejidos, como por ejemplo materiales de apoyo en la regeneración de tejido óseo. Además, algunos trabajos expuestos apuntarían a que otros procesos con CO2 supercrítico pueden ser de interés en la generación de aerogeles, como la combinación con procesos de impregnación con CO2 supercrítico para la incorporación de principios activos o con tratamientos con CO2 supercrítico para su esterilización, aspectos importantes en las aplicaciones biomédicas mencionadas.
Sin embargo, otros factores pueden resultar claves para la implantación de soluciones. El caso de aplicaciones de aerogeles en el ámbito de la construcción como materiales aislantes, se presentó una alternativa que conjuga la obtención de aerogeles basados en sílice para aislamiento térmico con la reutilización de residuos de construcción y demolición como fuente alternativa de sílice. Como consecuencia, se favorece no solo la sostenibilidad y la reducción de la huella de carbono sino la economía del proceso productivo (al menos un 40% de reducción de costes de producción de aerogeles), por lo que se ha situado dentro de las denominadas que identifica la Fundación Solar Impulse con la que colaboran empresas como Air Liquide, Air France, Deutche Telekom, Engie, LVMH, Solvay, etc. En el encuentro se ha presentado el lanzamiento en 2022 de una instalación industrial para el tratamiento en continuo de aerogeles con una capacidad de procesado anual de 2000 metros cúbicos al año.
Obtención de extractos naturales con CO2 supercrítico, con líquidos presurizados y con agua subcrítica
Uno de los campos en los que la tecnología de fluidos supercríticos ha sido aplicada con éxito hasta llegar a productos comerciales accesibles en la actualidad es en la obtención de extractos naturales a partir de materias primas vegetales, generalmente mediante procesos con CO2 supercrítico. No obstante, el amplio abanico de las matrices de partida, así como la variedad de procesos a presión y de factores asociados a aplicaciones potenciales siguen motivando numerosas nuevas investigaciones. No en vano, en el evento se ha apuntado a la necesidad de profundizar en la eficiencia y costes así como considerar otros factores importantes para la viabilidad de este tipo de procesos, que pueden resultar competitivos y más sostenibles que otras alternativas de extracción.
Los trabajos en este ámbito han representado cerca de la mitad de los presentados y entre ellos, han seguido predominando los centrados en extracciones con dióxido de carbono supercrítico, enfocados principalmente a la obtención de extractos bioactivos. Trufa negra, salvado de arroz, subproductos de alubias pintas ricos en saponinas, cardo mariano, melisa, caléndula, salvia, salvia roja, cáñamo, subproductos de acacia, pinaza, son algunas de las diversas materias primas estudiadas como fuente de extractos con CO2 supercrítico. En línea con esta tendencia, recientemente hemos hablado de la En AINIA es posible desde desarrollar y escalar procesos de extracción con CO2 supercrítico específicos en la Planta Piloto de FSC, que cuenta con varios equipos de distintos tamaños, hasta aplicarlos a escala industrial en ALTEX.
No obstante, también se han señalado investigaciones con otros agentes de extracción en procesos a presión. En esta línea, cabe destacar la aplicación de agua subcrítica con este fin para la valorización de subproductos o materias primas infrautilizadas, como por ejemplo de residuos de cebolla o de residuos de alga roja utilizada para la extracción industrial de agar. Asimismo, se ha apuntado la posibilidad de la aplicación de procesos con líquidos presurizados por ejemplo para la obtención de extractos bioactivos de microalgas ricos en carotenoides, extractos ricos en polifenoles a partir de subproductos de frutos secos, extractos con compuestos neuroprotectores a partir de plantas y subproductos alimentarios, ….
Por otro lado, en algunos de los casos presentados se han conjugado las posibilidades de extracción y de fraccionamiento que ofrece la tecnología supercrítica, en sintonía con lo que AINIA está planteando en el proyecto que está desarrollando en la actualidad contando con financiación de IVACE y fondos FEDER.
Procesos más verdes y sostenibles
La tecnología de fluidos supercríticos puede contribuir positivamente a que la sociedad y, sobre todo, la industria, pueda contar con procesos productivos más verdes y sostenibles. Por ello, de forma sinérgica con el encuentro EIFS2022 se ha desarrollado el «Workshop on Green Processes and Technology» organizado por el proyecto europeo ), COST Action coordinada por A. Rita Duarte (entre el 2% de los científicos más relevantes del mundo según datos de Scopus). El objetivo de este proyecto, en el que participamos en el Core Group, se centra en promover e impulsar la aplicación industrial de la química verde y tecnologías sostenibles, desarrollando las herramientas para el escalado y la implementación de procesos emergentes hacia la industria.
De esta manera, además de procesos con fluidos supercríticos, en el encuentro se han compartido experiencias en otras tecnologías y soluciones como la utilización de nuevos agentes de extracción como los denominados NADES (Natural Deep Eutectic Solvents), estrategias secuenciales de extracción mediante distintas técnicas, procesos de reacción (depolimerización oxidativa de lignina presente en biomasas, formación de ácido poliláctico de segunda generación, reacciones catalíticas, conversión de CO2 capturado en disoluciones acuosas de aminas,…), procesos de generación de materiales (microencapsulación para aplicaciones agroalimentarias, generación de membranas libres de disolventes orgánicos, nuevos materiales catalizadores…). En próximas comunicaciones ampliaremos información en el ámbito del proyecto GREENERING que engarza con el enfoque de AINIA en distintos ámbitos.
Si se plantea alguna idea de innovación utilizando la tecnología de fluidos supercríticos y le gustaría contar con más información sobre las posibilidades que podemos ofrecerle, no dude en contactarnos estaremos encantados de diseñar una solución a medida aprovechando 30 años de experiencia, pudiendo abarcar desde su desarrollo a escala piloto hasta su implementación en nuestra planta industrial para procesos con CO2.
