Sposób na recykling odpadów chemicznych? Przerabiać je na leki

Potężny algorytm komputerowy przeczesał miliardy możliwych reakcji chemicznych i pokazał jak ze związków chemicznych traktowanych dotąd jako odpady przemysłowe produkować można ok. 300 leków – opisują w publikacji w “Nature” badacze z zespołu prof. Bartosza Grzybowskiego.

W przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, fabrykach leków, biodiesla albo np. zakładach zajmujących się recyklingiem przeprowadza się na masową skalę reakcje chemiczne. Oprócz substancji pożądanych powstają tam też tony niepotrzebnych związków chemicznych, których nie ma potem jak utylizować.

Prof. Bartosz Grzybowski (z Allchemy Inc. ale i z Instytutu Chemii Organicznej PAN oraz Uniwersytetu UNIST w Korei Płd.) w rozmowie z PAP podaje przykład gliceryny, która powstaje przy produkcji biopaliw czy fenolu z kopalni węgla.

“Dziesiątki tysięcy ton takich substancji nieraz zalega całymi dekadami w cysternach, i nie wiadomo jak się ich pozbyć bez szkody dla środowiska” – opisuje.

Dotąd takie substancje traktowane były często jako odpady, ale w przyszłości wcale tak być nie musi. Mogą one służyć jako składniki w produkcji kolejnych cennych związków chemicznych.

Zespół prof. Grzybowskiego przejrzał katalogi firm z całego świata i wybrał ok. 200 typów związków chemicznych, które tam powstają, a są obecnie traktowane jako odpady. A następnie wskazał te chemikalia zaprojektowanemu przez siebie programowi Allchemy. Allchemy – to własność amerykańskiej spółki założonej przez prof. Grzybowskiego i dr Sarę Szymkuć – gromadzi gigantyczną wiedzę o różnych typach reakcji chemicznych – z uwzględnieniem warunków, w jakich te przemiany zachodzą. Aby przygotować program Allchemy, trzeba było wykorzystać zaawansowaną wiedzę chemiczną i wykorzystać możliwości sztucznej inteligencji.

Maszyna wirtualnie przetestowała miliardy reakcji, jakie mogłyby zachodzić między substancjami „odpadowymi”. Produkt jednej reakcji może następnie służyć jako składnik do kolejnej, stąd tak duża liczba kombinacji. Czasem wspomagać się można też było łatwo dostępnymi na rynku substratami. Okazało się, że z zadanych związków można przygotować – w nieskomplikowanych warunkach – mnóstwo pożądanych na rynku produktów: w tym 300 różnych leków czy związki przydatne w rolnictwie.

I tak w publikacji w „Nature” badacze podają, jak ze składników, które wydawały się dotąd odpadami, można wyprodukować m.in. ibuprofen (związek przeciwbólowy), carvedilol i valsartan (stosowany w leczeniu nadciśnienia i chorób serca), mirabegron (pomocny w leczeniu chorób pęcherza), czy dofetylid (przeciw arytmii).

Aby zademonstrować, że leki rzeczywiście da się produkować z odpadów, zespół rozpoczął współpracę z inną amerykańską firmą – produkującą niewielkie reaktory chemiczne. Firma przeprowadziła syntezę zgodnie z przepisem przygotowanym przez algorytm i wyprodukowała z odpadów kluczowe składniki leków przydatnych w ratowaniu pacjentów pod respiratorami – choćby w COVID-19 (cisatracurium, midazolam, propofol).

„Jeden z leków przygotowanych w taki sposób przez tę firmę czeka teraz na zatwierdzenie ze strony amerykańskiej rządowej agencji Food and Drug Administration” – informuje prof. Grzybowski.

Naukowiec pytany, czy odpady nie zawierają zbyt wiele zanieczyszczeń czy substancji szkodliwych, aby produkować z nich leki, odpowiada, że nie. Tłumaczy, że firmy farmaceutyczne wiedzą, jak oczyszczać związki chemiczne do produkcji leków i proces oczyszczania jest zawsze uwzględniony w procesie produkcji leku, tak, by w produkcie końcowym nie znalazły się żadne substancje niepożądane.

Tzw. chemia cyrkularna – gdzie produkty jednych reakcji służą jako składniki do kolejnych reakcji – to podejście do utylizacji odpadów chemicznych zalecane choćby w dokumentach Unii Europejskiej. Dotąd jednak trudno było wymyślić, jak z odpadów chemicznych zrobić użytek: reakcje trzeba było projektować ręcznie, “na kartce”. Teraz zaś, dzięki ogromnej możliwości obliczeniowej dawanej przez komputery, otwiera się nowy wszechświat możliwości. Można szybko przeczesywać ogromne zasoby danych i znacznie szybciej znajdować pomysły na wykorzystanie kłopotliwych związków chemicznych.

Szukanie zastosowań dla substancji szkodliwych to tylko jedno z zastosowań programu Allchemy. Dwa lata temu zespół prof. Grzybowskiego na łamach „Science” dzięki Allchemy wskazał chemiczne drzewo początków życia – pokazał, jak z prostych związków chemicznych, które mogły być dostępne na Ziemi mogło powstać życie.

Prof. Grzybowski jest też autorem programu „Chematica”, który podobnie jak Allchemy, korzystając z ogromnej bazy wiedzy o chemii organicznej, potrafi wskazać różne sposoby dojścia do zadanych z góry produktów. Program ten był bohaterem innej publikacji w „Nature”.

Źródło: PAP Media Room

Jakość powietrza w Polsce jest lepsza niż osiem lat temu, ale wciąż wymaga poprawy

– Koniec problemu smogu w Polsce jest możliwy. Nasz raport „Oddychaj Polsko!” wykazał, że przez ostatnie osiem lat jakość powietrza w Polsce, wbrew powszechnej opinii, się poprawiła – mówi Marcin Gnat z Airly, firmy, która monitoruje jakość powietrza. Przyczyniły się do tego problemy walki z niską emisją wdrażane przez polskie miasta, m.in. ograniczanie używania węgla do ogrzewania domów. Wciąż jednak Polska ma jedne z najgorszych statystyk jakości powietrza w Europie. Zmianom na lepsze nie sprzyjają wysokie ceny gazu, który jest wciąż za rzadko używany do ogrzewania mieszkań i domów jednorodzinnych.

Fot. archiwum

Sytuacja smogowa w Polsce nie napawa optymizmem – pomimo programów mających na celu poprawę jakości powietrza smog wciąż jest bardzo dużym problemem. Z analizy danych z ponad 3 tys. urządzeń Airly w Polsce wynika, że w zakresie stężenia pyłów PM2,5 roczna norma wyznaczona przez WHO w ubiegłym roku została przekroczona w 15 z 16 województw. Najgorsza sytuacja jest w Śląskiem – tu normy były przekroczone średnio przez 221 dni w roku, czyli przez około 60 proc. czasu mieszkańcy regionu byli narażeni na zbyt wysoki poziom zanieczyszczenia, uważany przez WHO za niebezpieczny dla zdrowia. Na kolejnych miejscach znalazły się Małopolska i Łódzkie. Z kolei najlepszym powietrzem oddychają mieszkańcy województw pomorskiego i zachodniopomorskiego.

– W przypadku Małopolski wpływa na to nawet ukształtowanie terenu. Bardzo często miasteczka czy miasta są w nieckach, dolinach, gdzie to miasto nie może się po prostu przewietrzyć. A do tego dochodzą nasze nawyki ogrzewania domów złej jakości węglem czy śmieciami. Na Śląsku to samo zjawisko pomnożone jest przez fakt, że jest tak bardzo dużo miejscowości obok siebie i te złe nawyki powodują efekt kuli śniegowej, który niestety rzutuje na nasze płuca. Oczywiście też przemysł odgrywa niebagatelną rolę w przypadku jednego i drugiego regionu – mówi agencji Newseria Biznes Marcin Gnat.

Polska ma wciąż jedne z najgorszych statystyk w Europie. Airly wskazuje, że w marcu w rankingu europejskich miast najbardziej zanieczyszczonych cząsteczkami PM10 Katowice zajęły czwartą lokatę, po Maladze, Sewilli i Belgradzie. W pierwszej 20 znalazły się także Kraków (siódme miejsce), Wrocław (10), Łódź (14) i Poznań (15).

– Duże aglomeracje takie jak Łódź, Warszawa w dużej mierze walczą ze smogiem. Niestety bardzo często na czoło wysuwają się miasta, które nie są największe, ale niestety różne czynniki wpływają na to, że jest dużo gorzej niż gdzie indziej. Takimi niechlubnymi liderami bardzo często są np. Nowy Targ czy Rybnik – podkreśla ekspert Airly. – Często uważano, że wyjeżdżając do małego miasteczka, możemy odetchnąć świeżym powietrzem. Tak nie jest, bo niska emisja i skłonność naszego narodu, czasami konieczność, do ogrzewania swoich domów złej jakości węglem czy śmieciami prowadzi do kumulacji zjawiska, jakim jest smog.

W ubiegłorocznym zestawieniu miast o największym średnim stężeniu PM2,5 Rybnik zajął pierwszą lokatę. Jest ono trzykrotnie wyższe niż w Gdańsku, który jest miastem o najlepszej jakości powietrza. W pierwszej 10 tego rankingu poza dużymi aglomeracjami jak Kraków, Katowice, Łódź, Warszawa i Opole znalazły się także: Kielce, Radom, Częstochowa i Opole. Sytuacja stopniowa się poprawia, choć tempo zmian nie jest zadowalające.

– Jak zbadaliśmy w naszym dorocznym raporcie „Oddychaj Polsko!”, może to zaskakiwać, ale w ciągu ostatnich ośmiu lat jakość powietrza w Polsce znacząco się poprawiła. Tutaj liczby mogą zaskakiwać, bo w przypadku Krakowa jest to aż 50 proc. poprawy w przypadku PM2,5 i PM10, a w przypadku Katowic i Warszawy, uznawanych za mocno zanieczyszczone, ten spadek to około 30 proc. Z czego to wynika? Dużo działań zostało podjętych. Flagowym przedsięwzięciem, które dało realny efekt, jest wprowadzenie zakazu używania paliw stałych na terenie Krakowa, co zredukowało zjawisko niskiej emisji z domów jednorodzinnych, a jest to główna przyczyna smogu w Polsce – wyjaśnia Marcin Gnat. – Widać to dokładnie w odniesieniu do sąsiadujących z Krakowem gmin, gdzie wciąż to powietrze jest takie, jak było kilka lat temu.

Taką decyzję podjęły także władze Mazowsza. Zaostrzona uchwała antysmogowa wprowadza zakaz spalania węgla w Warszawie od października 2023 roku, a w podwarszawskich powiatach – od początku 2028 roku. Pozytywne skutki tej decyzji mają być odczuwalne już w pierwszych dwóch–trzech latach. Obowiązujący do tej pory zakaz obejmuje spalanie części paliw stałych.

– Do wyeliminowania problemu smogu albo chociaż ograniczenia zanieczyszczeń jeszcze daleko. Zmiany niestety postępują za wolno, a niewielu jest odważnych polityków, zarówno na poziomie lokalnym, jak i ogólnokrajowym, którzy podejmowaliby stanowcze decyzje, wpływające na ograniczenie zanieczyszczeń powietrza w Polsce – podkreśla ekspert Airly.

Poprawie jakości powietrza w Polsce służy program Czyste Powietrze, który przewiduje m.in. dofinansowanie wymiany starego pieca węglowego na nowoczesny kocioł grzewczy. W pierwszych dwóch latach programu składano po ok. 85 tys. wniosków rocznie, a w 2021 roku liczba ta sięgnęła prawie 185 tys. W ciągu 10 lat trwania programu przewidziana jest wymiana 3 mln „kopciuchów” w całym kraju. W pierwszej 30 najbardziej aktywnych gmin w IV kwartale znalazło się 25 samorządów z województwa śląskiego.

– Niestety z drugiej strony mamy inny problem: ceny energii rosną. W przypadku gdy ceny gazu zwyżkują bardzo mocno, wielu ludzi nie jest w stanie pozwolić sobie na ogrzewanie gazowe i skłania się ku tańszym paliwom. To często oznacza materiały dużo gorszej jakości, które niestety są wysokoemisyjne. Wysokie ceny energii są bardzo dużym zagrożeniem dla jakości powietrza w Polsce – podkreśla Marcin Gnat.

Źródło: newseria.pl