Hvordan AI kan transformere udvindingen af værdifulde planteforbindelser

Den tidligste medicin kendt af mennesket var planter med aktive forbindelser, der hjælper med at lindre smerte, sænke feber, bekæmpe sygdomme osv. Den dag i dag er farmakobotanik et meget vigtigt område inden for moderne medicin, og sjældne molekyler findes regelmæssigt i almindelige og mindre almindelige planter for at udvikle nye terapier.

Et problem er, at disse forbindelser kan være medicinsk kraftfulde, men forekommer i små mængder i en plante, eller at planten er vanskelig at dyrke. I begge tilfælde betyder det, at den resulterende medicin kan være meget dyr, især når der ikke findes en levedygtig måde at syntetisere den ønskede forbindelse kemisk.

Derfor kan enhver forbedring, der optimerer udvindingen af aktive molekyler fra planter, have massive økonomiske og medicinske implikationer.

Et team af iranske forskere ved Islamic Azad University, Tarbiat Modares University og Isfahan University of Technology har brugt AI til at optimere udvindingen af værdifulde forbindelser med superkritisk CO₂. De offentliggjorde deres resultater i CO₂ Utilization¹, under titlen “Bæredygtig CO₂-baseret procesintensivering for udvinding af Nepeta crispa æterisk olie ved brug af ultralydsassisteret superkritisk CO₂: Optimering og maskinlæringsmodellering”.

Udtræk af Plantemedicinalbog

Et bredt udvalg af urter og aromatiske planter, på grund af deres værdifulde egenskaber og fordele, som i høj grad tilskrives deres æteriske olier, har fundet omfattende anvendelser inden for farmaceutisk, fødevare-, kosmetik-, maling- og kemisk industri. Æteriske olier er flygtige bestanddele bestående af komplekse kemiske blandinger, der indeholder forskellige typer af molekyler.

• Potentiel forurening af de udtrukne produkter som følge af brug af organiske opløsningsmidler.
• Kravet om efterfølgende fjernelse af opløsningsmidler.
• Opløsningsmidlers toksicitet og brandfarlighed.
• Høje driftsomkostninger og betydeligt energiforbrug for at opnå acceptable udbytter

I de senere år har ultralydsassisteret udvinding (UAE) fået stor opmærksomhed for sine overlegne resultater (udbytte, opløsningsmiddelforbrug, hastighed) gennem akustisk kavitation, som nedbryder plantecellevægge og letter frigivelsen af bioaktive forbindelser og æteriske olier.

Samtidig er superkritiske væsker (SCF’er), med særlig fokus på superkritisk kuldioxid (SC‑CO₂), i stigende grad anerkendt som et effektivt alternativ til konventionelle udvindingsmedier.

En superkritisk væske er et kemikalie, der er under tryk over et punkt, hvor de tydelige væske‑ og gasfaser forsvinder. Så den er teknisk set en gas, men opfører sig mest som en væske.

Blandt fordelene ved CO₂ er dens ikke‑eksplosivitet, ikke‑giftighed, lave omkostninger, ikke‑brandbarhed og ikke‑korrosivitet. Den bevarer også den naturlige integritet af bioaktive forbindelser og kan give høj selektivitet for udvinding gennem præcis kontrol af tryk og temperatur.

Optimering af Superkritisk CO₂-baseret Udtræk

Den faktiske effektivitet af udvinding med superkritisk CO₂ afhænger af en bred vifte af faktorer, herunder tryk, udvindings tid, co‑løsningsmiddelets volumen, temperatur, partikelstørrelse og CO₂‑strømningshastighed. Derfor kan det være ret vanskeligt at finde den ideelle konfiguration for en given forbindelse i en bestemt plante, og det har indtil nu været lige så meget en kunst som en videnskab.

Statistiske og matematiske modeller kan hjælpe, men de er komplekse at designe i praksis.

For at optimere en sådan metode brugte forskerne en maskinlæringsalgoritme kaldet ANFIS (Adaptive Neuro‑Fuzzy Inference System) og Particle Swarm Optimization (PSO) algoritmen.

Perfektionering af Udtræk med CO₂ & AI

Planteudvælgelse & Tests

Nepeta crispa var den plante, som forskerne valgte som test. Forskellige Nepeta‑arter har et bredt spektrum af biologiske aktiviteter, såsom antibakterielle, antivirale og svampedræbende virkninger. I traditionel medicin er N. crispa blevet anvendt som hostestillende, krampelindrende, vanddrivende, svedfremkaldende, astmabehandling, menstruationsfremkaldende og beroligende middel.

Kilde: WorldPlant

Forskerne sammenlignede udvindingen af aktive forbindelser fra denne plante ved 3 forskellige metoder:

• SC‑CO₂ under optimale betingelser
• Hydrodestillation
• Ultralydassisteret udtræk

19 kemiske forbindelser blev identificeret, hvilket udgjorde 97‑99 % af de samlede udtrukne æteriske olier, hvor superkritisk CO₂ var den mest produktive metode med et næsten perfekt udbytte. Den samlede sammensætning og kvalitative profil af de æteriske olier var sammenlignelige på tværs af alle teknikker.

Kilde: CO2 Utilization

Opbygning & Test af AI-modellen

Forskellige konfigurationer med forskellige typer og antal input‑variabler (temperatur, tryk, masse‑strømningshastighed og co‑løsningsmiddelets volumen), hvor ANFIS anvendte backpropagation og hybride algoritmer til at optimere neuro‑fuzzy systemer.

Kilde: CO2 Utilization

Generelt påvirkede temperatur udvindingen kun lidt, mens tryk og CO₂‑strømningshastighed var vigtigere, og tilsætning af et co‑løsningsmiddel (ethanol) var også vigtigt.

For at kontrollere, om modellen, der forudsagde superkritisk CO₂‑udvinding, var nøjagtig, testede forskerne den mod flere eksperimenter. Udbytte‑forudsigelsen matchede i hvert tilfælde næsten perfekt de eksperimentelle resultater.

De optimale driftsbetingelser for processen blev fundet til at være et tryk på 34 MPa, en temperatur på 112 °F / 44,8 °C, en masse‑strømningshastighed på 1,1 g/min og et co‑løsningsmiddelets volumen på 370 µL.

Fremtiden for Ressourceudnyttelse

Denne undersøgelse er et af mange eksempler på, hvordan selv relativt simple AI‑systemer kan anvendes til niche‑applikationer med vigtige anvendelser. For eksempel, i dette tilfælde, optimering af udvinding af medicinske molekyler fra planter, hvilket potentielt kan føre til nye eller billigere terapier, samtidig med at den økologiske påvirkning af ressourceudvinding reduceres ved at anvende vedvarende og ikke‑forurenende ressourcer.

Efterhånden som disse systemer skaleres, kan den økonomiske gevinst strække sig ud over den botaniske udvinding selv og skabe muligheder for industrielle gassleverandører, proces‑ingeniørvirksomheder, automationsudbydere og AI‑virksomheder, der hjælper producenter med at reducere omkostninger og forbedre gennemløb.

Superkritisk CO₂ vil sandsynligvis blive brugt i stigende grad, for eksempel den banebrydende “Chaotan One” superkritisk CO₂‑turbintest i Kina, der erstatter traditionel superkritisk damp med CO₂ for radikalt at forbedre turbinenes energiproduktion.

Investering i CO₂ Industrielle Anvendelser

Linde Plc

Linde er et af verdens største industrielle gasselskaber, sammen med konkurrenter som Air Products and Chemicals (APD ) (følg linket for vores rapport om den virksomhed), med så meget som $34 milliarder i salg i 2025. Det blev grundlagt i Tyskland i 1879 og fusionerede med en anden gigant i sektoren, Praxair, i 2018.

I dag er Linde aktiv i produktionen af både rene gasser udvundet fra atmosfæren, inklusive sjældne gasser, samt gasser produceret af industrier som LNG (helium), kulbrinter (ethylen, propan, CO, CO₂) samt brintproduktion.

Kilde: Linde

Salg er geografisk domineret af Amerika (45 % af salget) og EMEA‑regionen (25 %). Da næsten enhver industriel proces kræver disse gasser, er Linde’s kundebase meget diversificeret, med de største industrier der betjenes som kemikalier & energi (21 % af salget), fremstilling (21 %), sundhedssektoren (17 %) og minedrift (13 %).

Afhængigt af gassen og kunden producerer Linde enten direkte på den industrielle lokation ved brug af disse gasser eller i centraliserede faciliteter og transporterer dem derefter til den endelige bruger.

Kilde: Linde

Industrielle gasser er en sektor, hvor skala er en holdbar konkurrencemæssig fordel, da det hjælper virksomheden med at opbygge et ry for pålidelighed (hurtige leverancer, reaktiv forsyning) og reducere kapital‑ og F&U‑omkostninger på tværs af et større produktionsvolumen og omfattende distributionsnetværk.

Både grøn brint og CO₂‑fangst er muligheder for yderligere vækst for virksomheden ud over “kun” den globale industrielle produktionsvækst, da de giver nye arenaer, hvor den kan udvide sig inden for energisektoren.

Kilde: Linde

Seneste Linde (LIN) Aktienyheder og Udviklinger

Studie Refereret

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Bæredygtig CO₂-baseret procesintensivering for udvinding af Nepeta crispa æterisk olie ved brug af ultralydsassisteret superkritisk CO₂: Optimering og maskinlæringsmodelleringg. CO2 Utilization. 10 juli 2026. Artikel: 103519. Bind: Bind 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}