Un marco computacional adaptativo e integrado para procesos intensificados en las industrias química y bioquímica
El marco integrado en torno al cual gira el proyecto se aplicó con éxito en cuatro procesos industriales, a saber, un proceso farmacéutico de cristalización, dos procesos de polimerización (suspensión directa e inversa), un proceso de oxidación orgánica con peróxido de hidrógeno y, por último, un sistema de producción y purificación de anticuerpos monoclonales. Este marco contribuyó a cumplir el objetivo último de OPTICO, que no era otro que optimizar y/o rediseñar los equipos existentes, así como diseñar nuevos equipos modulares para el desarrollo de procesos intensificados dinámicos, adaptables y flexibles. Una destacada innovación de OPTICO fue la creación de un exhaustivo marco de integración de procesos (IP) con herramientas de modelado, simulación, optimización y control, así como herramientas de supervisión en línea y análisis de procesos que se pueden utilizar a lo largo de toda una serie de actividades de ingeniería de procesos asistidas por ordenador. «La integración de procesos es el camino tecnológico fundamental con vistas a mejorar drásticamente la sostenibilidad de los procesos químicos y biofarmacéuticos, al sustituir los equipos de plantas existentes e ineficientes por operaciones intensificadas nuevas», explicaba el coordinador del proyecto, el profesor Costas Kiparissides. La IP abarca el desarrollo de equipos y métodos de producción novedosos capaces de producir mejoras extraordinarias en los campos de la fabricación y el procesamiento, así como alcanzar tasas de producción más seguras, limpias, reducidas y económicas. «El objetivo del proyecto OPTICO era superar el estado de la ciencia actual en el campo del modelado multiescala de sistemas químicos y bioquímicos mediante la integración de modelos a diversas escalas de duración-tiempo en un marco computacional unificado», argumentaba el profesor Kiparissides. Desde un punto de vista práctico, OPTICO escogió cuatro tecnologías instrumentales clave como forma de facilitar y poner de relieve las ventajas de este nuevo marco para los cuatro procesos químicos y bioquímicos seleccionados. Se instalaron sensores en línea en los procesos industriales seleccionados para realizar una supervisión en tiempo real de la calidad del producto. La solidez del sistema se evaluó por medio de la implantación de tecnologías de sensor complementarias. Se desarrollaron nuevos métodos de calibración en línea y procedimientos de corrección de deriva para evitar procedimientos complejos de calibración de los sensores antes y después del proceso. En segundo lugar, se implantó una plataforma de tecnología analítica de procesos (Process Analytical Technology, PAT) en los procesos industriales seleccionados para la interpretación de los datos de los sensores, el análisis inferencial y el control de los parámetros de proceso claves, incluida la distribución del tamaño de las partículas/cristales, la morfología, la composición y el grado de aglomeración. La tercera tecnología instrumental consistió en bibliotecas de modelos multiescala y multifase para la simulación de los procesos químicos y biofarmacéuticos seleccionados. Estas bibliotecas contenían modelos con diferentes escalas de duración/tiempo y se adoptó una estructura modular genérica para que se pudiera brindar toda una serie de procesos sin modificar los modelos de las bibliotecas desarrollados o bien con una mínima modificación. Por último, se crearon sólidas herramientas de control predictivo de modelos y herramientas explícitas/multiparamétricas de control de procesos no lineales para optimizar y controlar los procesos industriales seleccionados. Se utilizaron sólidos métodos de optimización dinámica y control predictivo basado en modelos para identificar las políticas de control óptimas que permitiesen mejorar la calidad del producto, maximizar la productividad de la planta y minimizar la producción de productos no conformes. El proyecto ha sido todo un éxito. «Los socios industriales ya trabajan en comercializar los resultados más prometedores mediante el desarrollo de nuevos procesos y productos intensificados», explicó el profesor Kiparissides. En el desarrollo del marco del proyecto OPTICO participaron dos pymes que representaban a sectores industriales diferentes (FIBRE PHOTONICS y CHROMACON). «La colaboración con las pymes es extraordinariamente importante, puesto que son el motor que impulsa el desarrollo de nuevos mercados, desempeñando un papel crucial en la creación de procesos químicos y bioquímicos intensificados», afirmó el profesor Kiparissides. En definitiva, el profesor Kiparissides cree que la IP ofrece oportunidades concretas para las empresas químicas y bioquímicas, y que los logros del proyecto OPTICO reforzarán la competitividad global de Europa en estas industrias vitales, y todo ello de una forma respetuosa con el medio ambiente.
Palabras clave
OPTICO, marco integrado, modelado multiescala, integración de procesos, IP, eficiencia energética, optimización