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Publication
Solvent assessment and selection in terms of sustainability, performance, and cost: Design of a solvent database in a pharmaceutical environment
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Abstract(s)
Increased environmental awareness has, since the end of the 1980s, helped shift the paradigm from waste remediation to waste prevention. The introduction of the green chemistry concept and the publication of the twelve principles in the 1990s has been particularly embraced by the pharmaceutical industry, where typically between 25 and 100 kilograms of waste are generated per kilogram of product (ratio known as the E-factor). In this context, several manuals and guides that intend to evaluate solvents and facilitate their selection have been released, published both by individual companies (e.g., Pfizer, GSK, AstraZeneca) and working groups (e.g., ACS GCI-PR, CHEM21). In alignment with these efforts, a novel solvent selection and assessment tool was developed, tailored to suit Hovione’s unique context. The target audience was defined as anyone working with solvents, but particularly scientists looking to choose solvents for new or existing applications. A list of 50 solvents currently in use in Hovione was compiled and served as the basis for the database. For each entry, a list of 49 various chemical, thermodynamical, environmental, and regulatory data points was included. Furthermore, the tool incorporated a new unified assessment method across four categories, considering the danger that the solvent poses to workers’ health, the risk to the process safety, the environmental impact, and a sustainability analysis. Each evaluation was customizable by the user, in order to prioritize specific aspects of each exercise. In addition, each solvent was then ranked as recommended, problematic, hazardous, or highly hazardous. The final recommendations provided by the algorithms included in the tool correlated well with recommendations from other published solvent guides. These smaller assessments and final recommendations will aid scientists in comparing solvents against each other, as well as help them consider precautionary steps in case a contentious solvent is chosen for an application.
O aumento da consciência ambiental ajudou, desde o final da década de 1980, a mudar o paradigma da remediação para a prevenção de resíduos. A introdução do conceito de química verde e a publicação dos doze princípios na década de 1990s foi importante na indústria farmacêutica, onde normalmente entre 25 e 100 quilos de resíduos são gerados por quilo de produto final (proporção conhecida como o fator E). Na literatura, análises sobre a produção de produtos farmacêuticos referem que solventes e água representam 58% e 28% do total de resíduos do processo, respetivamente, quando comparados a 8% da contribuição das matériasprimas. A redução no uso e a melhoria na seleção de solventes são áreas-chave de oportunidade para reduzir a pegada ambiental da indústria farmacêutica. Neste contexto, vários manuais e guias que pretendem avaliar solventes e facilitar a sua seleção têm sido publicados tanto por empresas privadas (por exemplo, Pfizer, GSK, AstraZeneca) como por grupos de trabalho (por exemplo, ACS GCI-PR, CHEM21). Em linha com esses esforços, uma nova ferramenta de avaliação e seleção de solventes foi desenvolvida e adaptada ao contexto único da Hovione. O público-alvo foi definido como qualquer pessoa que trabalhe com solventes na empresa, mas principalmente investigadores que procuram escolher solventes para aplicações novas ou para outras já existentes (ou seja, substituição de solventes). A análise da literatura e a abordagem inicial desses investigadores e de outros grupos-chave da empresa, por meio de um questionário e de entrevistas individuais, ajudou a produzir uma relação preliminar de solventes (com mais de 100 solventes), uma lista de prioridades para informações sobre solventes (maior prioridade para informações fisicas, quimicas e propiedades termodinâmicas entre outras, e menor para informação regulatória e custo entre outras) e a primeira lista de campos de informações a serem incluídos na base de dados. Uma lista final de 50 solventes (com base nos solventes que são atualmente usados e foram usados nos últimos anos na Hovione) foi compilada e serviu de base para a construção da base de dados. Para cada entrada, uma lista mais longa de 49 informações químicas, termodinámicas, ambientais, e regulatórias foi incluída, com base nos campos de informação referidos como importantes pelos investigadores, bem como outros considerados relevantes para começar a criar uma perspectiva holística de cada solvente. Desta forma, em primeiro lugar foi construída uma base de dados que incluía inúmeras informações diferentes atualizadas para essa lista de 50 solventes. Além disso, neste contexto de avaliação de solventes e com a intenção de proporcionar aos investigadores mais instrumentos para os ajudar na seleção e substituição de solventes, a ferramenta incorporou um novo método de avaliação unificado com quatro parâmetros menores, considerando o perigo que o solvente representa para a saúde dos trabalhadores (“Health Risk”), o risco à segurança do processo (“Process Safety”), o impacto ambiental (“Environmental Impact), e uma análise de sustentabilidade (“Sustainability”). Cada avaliação contém entre um (no caso do impacto na saúde) a vários fatores (nos outros casos) que formam uma nota final dada a cada análise, na forma de um número numa escala de 1 a 10. Nesta escala, quanto menor o número, melhor é o resultado, ou seja, um menor número indica um impacto menor. Cada avaliação pode ser personalizada pelo utilizador, de forma que é possível priorizar ou até desconsiderar aspectos específicos de cada exercício, mesmo se a ferramenta já propõe valores predefinidos para a ponderação. A ferramenta oferece ainda uma classificação final para cada solvente, classificando-o como recomendado, problemático, perigoso, ou altamente perigoso. Essa classificação também vem com um formato de quatro cores estilo semáforo (verde, amarelo, vermelho, e vermelho/marrom) associado, para uma leitura mais fácil e rápida. A classificação final para cada solvente depende da existência de códigos de perigo GHS cancerígenos, mutagênicos ou tóxicos para a reprodução (CMR, pelas siglas em inglês), bem como dos resultados das quatro avaliações individuais anteriores (saúde, perigo industrial, impacto ambiental e sustentabilidade). Em resumo, do total de 50 solventes incluídos na base de dados, o método de avaliação global dos produtos químicos por meio de algoritmos com ponderações pré-definidas resultou na definição de 16 solventes como recomendados, 24 como problemáticos, 5 como perigosos e outros 5 como altamente perigosos. Neste último caso, dos cinco solventes considerados altamente perigosos, quatro foram imediatamente considerados como tal devido à inclusão de pelo menos dois dos códigos de perigo CMR e GHS. As recomendações finais fornecidas pelos algorítmos incluídos na ferramenta correlacionaram se bem com as recomendações de outros guias de solventes publicados. É possível sustentar a metodologia e destacar a eficácia da estratégia de avaliação propostas para a obtenção de resultados consistentes com os de outros guias de solventes. Considerando os critérios de importância estabelecidos na Hovione e as características (in)desejadas em solventes, os resultados individuais obtidos fornecem validação adicional da confiabilidade na ferramenta. Os resultados também confirmam o valor previsto da ferramenta no suporte a processos de tomada de decisão informados. As avaliações parciais (Health Risk, Process Safety, Environmental Impact e Sustainability) e as recomendações finais ajudarão os investigadores a comparar os solventes uns com os outros, bem como a considerar medidas de precaução adicionais caso um solvente controverso seja escolhido para uma aplicação. Não obstante, permanecem ainda várias áreas de oportunidade para o desenvolvimento do projeto. Principalmente, será necessário completar alguma informação em falta para avaliar completamente todos os solventes, assim como expandir a base de dados atual para incluir solventes alternativos mais recentes, mais ecológicos, que não estão atualmente em uso na Hovione mas que poderiam ser integrados em novos processos ou em outros já existentes. No entanto, as prioridades serão disseminar a ferramenta na empresa e construir uma interface de utilizador com a qual seja mais fácil a interação. Por último é importante ter em conta que, devido às limitações de tempo e ao contexto em que o projeto foi desenvolvido, algumas conclusões importantes como importância da adoção desta ferramenta e as possíveis melhorias nos processos decorrentes da sua aplicação ficaram fora do âmbito deste projeto. Contudo é expectável que o feedback sobre a ferramenta e a estratégia de avaliação proposta, fundamental para planear a progressão do projeto fora do âmbito desta tese, esteja disponível em breve.
O aumento da consciência ambiental ajudou, desde o final da década de 1980, a mudar o paradigma da remediação para a prevenção de resíduos. A introdução do conceito de química verde e a publicação dos doze princípios na década de 1990s foi importante na indústria farmacêutica, onde normalmente entre 25 e 100 quilos de resíduos são gerados por quilo de produto final (proporção conhecida como o fator E). Na literatura, análises sobre a produção de produtos farmacêuticos referem que solventes e água representam 58% e 28% do total de resíduos do processo, respetivamente, quando comparados a 8% da contribuição das matériasprimas. A redução no uso e a melhoria na seleção de solventes são áreas-chave de oportunidade para reduzir a pegada ambiental da indústria farmacêutica. Neste contexto, vários manuais e guias que pretendem avaliar solventes e facilitar a sua seleção têm sido publicados tanto por empresas privadas (por exemplo, Pfizer, GSK, AstraZeneca) como por grupos de trabalho (por exemplo, ACS GCI-PR, CHEM21). Em linha com esses esforços, uma nova ferramenta de avaliação e seleção de solventes foi desenvolvida e adaptada ao contexto único da Hovione. O público-alvo foi definido como qualquer pessoa que trabalhe com solventes na empresa, mas principalmente investigadores que procuram escolher solventes para aplicações novas ou para outras já existentes (ou seja, substituição de solventes). A análise da literatura e a abordagem inicial desses investigadores e de outros grupos-chave da empresa, por meio de um questionário e de entrevistas individuais, ajudou a produzir uma relação preliminar de solventes (com mais de 100 solventes), uma lista de prioridades para informações sobre solventes (maior prioridade para informações fisicas, quimicas e propiedades termodinâmicas entre outras, e menor para informação regulatória e custo entre outras) e a primeira lista de campos de informações a serem incluídos na base de dados. Uma lista final de 50 solventes (com base nos solventes que são atualmente usados e foram usados nos últimos anos na Hovione) foi compilada e serviu de base para a construção da base de dados. Para cada entrada, uma lista mais longa de 49 informações químicas, termodinámicas, ambientais, e regulatórias foi incluída, com base nos campos de informação referidos como importantes pelos investigadores, bem como outros considerados relevantes para começar a criar uma perspectiva holística de cada solvente. Desta forma, em primeiro lugar foi construída uma base de dados que incluía inúmeras informações diferentes atualizadas para essa lista de 50 solventes. Além disso, neste contexto de avaliação de solventes e com a intenção de proporcionar aos investigadores mais instrumentos para os ajudar na seleção e substituição de solventes, a ferramenta incorporou um novo método de avaliação unificado com quatro parâmetros menores, considerando o perigo que o solvente representa para a saúde dos trabalhadores (“Health Risk”), o risco à segurança do processo (“Process Safety”), o impacto ambiental (“Environmental Impact), e uma análise de sustentabilidade (“Sustainability”). Cada avaliação contém entre um (no caso do impacto na saúde) a vários fatores (nos outros casos) que formam uma nota final dada a cada análise, na forma de um número numa escala de 1 a 10. Nesta escala, quanto menor o número, melhor é o resultado, ou seja, um menor número indica um impacto menor. Cada avaliação pode ser personalizada pelo utilizador, de forma que é possível priorizar ou até desconsiderar aspectos específicos de cada exercício, mesmo se a ferramenta já propõe valores predefinidos para a ponderação. A ferramenta oferece ainda uma classificação final para cada solvente, classificando-o como recomendado, problemático, perigoso, ou altamente perigoso. Essa classificação também vem com um formato de quatro cores estilo semáforo (verde, amarelo, vermelho, e vermelho/marrom) associado, para uma leitura mais fácil e rápida. A classificação final para cada solvente depende da existência de códigos de perigo GHS cancerígenos, mutagênicos ou tóxicos para a reprodução (CMR, pelas siglas em inglês), bem como dos resultados das quatro avaliações individuais anteriores (saúde, perigo industrial, impacto ambiental e sustentabilidade). Em resumo, do total de 50 solventes incluídos na base de dados, o método de avaliação global dos produtos químicos por meio de algoritmos com ponderações pré-definidas resultou na definição de 16 solventes como recomendados, 24 como problemáticos, 5 como perigosos e outros 5 como altamente perigosos. Neste último caso, dos cinco solventes considerados altamente perigosos, quatro foram imediatamente considerados como tal devido à inclusão de pelo menos dois dos códigos de perigo CMR e GHS. As recomendações finais fornecidas pelos algorítmos incluídos na ferramenta correlacionaram se bem com as recomendações de outros guias de solventes publicados. É possível sustentar a metodologia e destacar a eficácia da estratégia de avaliação propostas para a obtenção de resultados consistentes com os de outros guias de solventes. Considerando os critérios de importância estabelecidos na Hovione e as características (in)desejadas em solventes, os resultados individuais obtidos fornecem validação adicional da confiabilidade na ferramenta. Os resultados também confirmam o valor previsto da ferramenta no suporte a processos de tomada de decisão informados. As avaliações parciais (Health Risk, Process Safety, Environmental Impact e Sustainability) e as recomendações finais ajudarão os investigadores a comparar os solventes uns com os outros, bem como a considerar medidas de precaução adicionais caso um solvente controverso seja escolhido para uma aplicação. Não obstante, permanecem ainda várias áreas de oportunidade para o desenvolvimento do projeto. Principalmente, será necessário completar alguma informação em falta para avaliar completamente todos os solventes, assim como expandir a base de dados atual para incluir solventes alternativos mais recentes, mais ecológicos, que não estão atualmente em uso na Hovione mas que poderiam ser integrados em novos processos ou em outros já existentes. No entanto, as prioridades serão disseminar a ferramenta na empresa e construir uma interface de utilizador com a qual seja mais fácil a interação. Por último é importante ter em conta que, devido às limitações de tempo e ao contexto em que o projeto foi desenvolvido, algumas conclusões importantes como importância da adoção desta ferramenta e as possíveis melhorias nos processos decorrentes da sua aplicação ficaram fora do âmbito deste projeto. Contudo é expectável que o feedback sobre a ferramenta e a estratégia de avaliação proposta, fundamental para planear a progressão do projeto fora do âmbito desta tese, esteja disponível em breve.
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Keywords
Solvent selection tool Solvent assessment Green chemistry Sustainability