Concepto SSbD, seguro y sostenible desde el diseño

Soluciones de software y estrategias experimentales para el desarrollo de sustancias, materiales avanzados y procesos seguros y sostenibles desde el diseño

Itene14/03/2023

Itene desarrollará herramientas informáticas, modelos quimio-informáticos y estrategias experimentales para garantizar la seguridad y sostenibilidad de productos y procesos, incluidos los nanomateriales y nanoproductos, desde la etapa de diseño y conceptualización (Safe- and Sustainability-by-Design, SSbD).

Son diversas las normativas a nivel europeo que buscan garantizar la protección de la salud humana y del medio ambiente. Entre ellas destacan los reglamentos de la UE para el registro, la evaluación, la autorización y la restricción de sustancias químicas (REACH); para la clasificación, el etiquetado y el envasado de sustancias y mezclas (CLP); el reglamento (CE) sobre los productos cosméticos, la regulación relativa a la comercialización y uso de biocidas (BPR) y las estrategias planteadas en el Pacto Verde Europeo. Para ello, se responsabiliza a la industria de la seguridad relativa a los productos comercializados en la Unión Europea (UE).

El cumplimiento por parte de la industria de los requisitos regulatorios en materia de seguridad aplicables a los productos comercializados en la Unión Europea y la necesidad de adoptar medidas encaminadas hacia un futuro más sostenible pueden suponer elevados esfuerzos de inversión de recursos económicos y humanos por parte de las empresas para asegurar que sus productos y procesos productivos sean seguros y sostenibles.

Además, el alcance de estos requisitos puede ser complejo debido a, por un lado, la falta de alternativas viables en determinados sectores que permitan utilizar y/o desarrollar productos más seguros y/o sostenibles sin que las prestaciones, la eficacia o la calidad final se vea mermada, o, por otro, a la falta de recursos para conocer, cuando sí existen, cuáles son las mejores estrategias o alternativas.

Asimismo, en el área de seguridad el coste de los estudios experimentales necesarios es muy elevado, mientras en los procesos productivos en los que se utilizan materiales peligrosos una valoración incorrecta del riesgo puede conllevar un perjuicio para los trabajadores.

Esta situación implica que los requisitos a los que la industria química se debe ajustar en términos de seguridad y sostenibilidad sean cada vez mayores, enfrentándose en numerosas ocasiones a retos tecnológicos cuyas soluciones son complejas y generalmente costosas.

En este ámbito, la Bioinformática ha resultado ser un campo prometedor para la búsqueda de nuevos compuestos con una actividad deseada, ahorrando costes experimentales y aportando soluciones que evitan la experimentación animal. Los modelos QSAR (Relaciones cuantitativas entre estructura y actividad), nos permiten predecir actividades basadas en la estructura de los propios compuestos para asegurar su diseño de manera segura y sostenible.

El concepto de seguro y sostenible desde el diseño (SSbD) surge como una alternativa que busca dar respuesta a las necesidades de seguridad. No obstante, su implementación es todavía limitada debido a la necesidad de conocer los parámetros que determinan en mayor medida el potencial de (eco)toxicidad de un compuesto químico, especialmente en el caso de los nanomateriales, así como el impacto que pueden tener los cambios en la composición de una formulación o un nanomaterial sobre la función técnica prevista, aspecto este último clave para su implementación en la industria.

Una implementación de los principios del SSbD que permita diseñar sustancias, nanomateriales y nanoproductos seguros y sostenibles en el tejido empresarial relacionado con el sector químico, además de promover y garantizar la seguridad de los procesos, requiere de una solución integral a diversos niveles.

Resumen y objetivos

El proyecto SSbD-CV tiene como objetivo principal el desarrollo de un entorno software que permita diseñar sustancias, nanomateriales y nanoproductos seguros y sostenibles, además de promover y garantizar la seguridad de procesos. En el entorno desarrollado se integrarán aplicaciones software, bases de datos, guías metodológicas y estrategias experimentales orientadas a dotar al tejido industrial de la Comunidad Valenciana relacionado con el sector químico de una solución integral para la implementación de los principios del denominado safe-by-design.

Estos avances buscarán dar respuesta a la necesidad de desarrollar productos seguros y sostenibles en sectores como biocidas, fitosanitarios, acabados textiles o productos de higiene del hogar y a la falta de herramientas de fácil uso para la prevención de riesgos relacionada con la mitigación de la liberación y presencia de partículas ultrafinas en ambientes de trabajo. Además, permitirán reducir los elevados costes de producción derivados de los actuales procesos en los que no se consideran las dimensiones de seguridad y/o sostenibilidad en la fase de diseño y los cuales requieren diferentes cambios y optimizaciones.

Para ello, se trabajará en los siguientes ámbitos:

• Predicción de la actividad de nanoaditivos y sustancias de origen natural. Se trabajará en el desarrollo y la validación de 2 nuevos modelos quimio-informáticos que se implementarán en una aplicación de acceso local y una aplicación cliente-servidor para predecir la actividad de nano-aditivos y sustancias de origen natural. Para ello, se desarrollarán modelos QSAR para la predicción de la toxicidad aguda y carácter sensibilizante de sustancias de origen natural y modelos nano-QSAR para la predicción de la toxicidad aguda y carácter genotóxico de nanomateriales.

• Evaluación y gestión de la exposición. Se implementará un modelo matemático en red para la evaluación y la gestión de la exposición a nanomateriales y/o polvo respirable e inhalable. Además, se establecerán medidas de control de acuerdo con modelos para la predicción de la exposición a nanomateriales y de la eficacia de medidas de gestión de riesgo basadas en herramientas de dinámica de fluidos.

• Estrategias de funcionalización de nanomateriales. Se tendrán en consideración protocolos estandarizados (SOPs), validados experimentalmente, para el diseño de nanomateriales seguros para su uso en recubrimientos y alimentación.

• Entorno software para el diseño seguro y sostenible de productos y procesos. Se desarrollará un entorno software que se programará en PHP o java, se estructurará en módulos interconectados y será diseñado para guiar al usuario en la toma de decisiones en el proceso de diseño de procesos y productos.

El concepto de seguro y sostenible desde el diseño (SSbD) surge como una alternativa que busca dar respuesta a las necesidades de seguridad

Se desarrollarán modelos QSAR para la predicción de la toxicidad aguda y carácter sensibilizante de sustancias de origen natural y modelos nano-QSAR para la predicción de la toxicidad aguda y carácter genotóxico de nanomateriales