Πώς η Τεχνητή Νοημοσύνη θα μπορούσε να μεταμορφώσει την εξαγωγή πολύτιμων φυτικών ενώσεων

Τα αρχαιότερα φάρμακα που γνώρισε ο άνθρωπος ήταν φυτά με ενεργές ενώσεις που βοηθούν στην ανακούφιση του πόνου, τη μείωση του πυρετού, την καταπολέμηση ασθενειών κ.λπ. Μέχρι σήμερα, η φαρμακοβοτανική αποτελεί πολύ σημαντικό πεδίο της σύγχρονης ιατρικής, και σπάνιες μοριακές ενώσεις εντοπίζονται τακτικά σε κοινά και λιγότερο κοινά φυτά για την ανάπτυξη νέων θεραπειών.

Ένα πρόβλημα είναι ότι αυτές οι ενώσεις μπορεί να είναι ισχυρές ιατρικά, αλλά υπάρχουν σε μικρές ποσότητες στο φυτό, ή το φυτό είναι δύσκολο στην καλλιέργεια. Και στις δύο περιπτώσεις, αυτό σημαίνει ότι το παραγόμενο φάρμακο μπορεί να είναι πολύ ακριβό, ειδικά όταν δεν υπάρχει βιώσιμη μέθοδος χημικής σύνθεσης της επιθυμητής ένωσης.

Ως εκ τούτου, οποιαδήποτε βελτίωση που βελτιστοποιεί την εξαγωγή ενεργών μορίων από φυτά μπορεί να έχει τεράστιες οικονομικές και ιατρικές συνέπειες.

Μια ομάδα Ιρανών ερευνητών από το Ισλαμικό Πανεπιστήμιο Azad, το Πανεπιστήμιο Tarbiat Modares και το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Ισφαχάν χρησιμοποίησε Τεχνητή Νοημοσύνη για τη βελτιστοποίηση της εξαγωγής πολύτιμων ενώσεων με υπερεγγυημένο CO₂. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο CO2 Utilization¹, υπό τον τίτλο “Βιώσιμη ενίσχυση διαδικασίας με βάση το CO₂ για την εξαγωγή του αιθέριου ελαίου Nepeta crispa με χρήση υπερηχητικής βοήθειας υπερεγγυημένου CO₂: Βελτιστοποίηση και μοντελοποίηση μηχανικής μάθησης”.

Εξαγωγή Φαρμακοποιοίας Φυτών

Ένα ευρύ φάσμα βοτάνων και αρωματικών φυτών, λόγω των πολύτιμων ιδιοτήτων και ωφελειών τους, που αποδίδονται κυρίως στα αιθέρια έλαιά τους, έχουν βρει εκτεταμένες εφαρμογές σε φαρμακευτικές, τροφικές, καλλωπιστικές, βιομηχανίες χρωμάτων και χημικές βιομηχανίες. Τα αιθέρια έλαια είναι πτητικά συστατικά που αποτελούνται από σύνθετα χημικά μείγματα που περιέχουν διάφορους τύπους μορίων.

Οι παραδοσιακές τεχνικές εξαγωγής αιθέριων ελαίων από φυτικό υλικό, όπως η υδροαπόσταξη, η ατμοαπόσταξη και η εξαγωγή με οργανικά διαλύτες, αντιμετωπίζουν αρκετούς ενδογενείς περιορισμούς:

• Πιθανή μόλυνση των εξαγόμενων προϊόντων λόγω της χρήσης οργανικών διαλυτών.
• Η ανάγκη για επακόλουθη αφαίρεση του διαλύτη.
• Τοξικότητα και εύφλεκτοτητα του διαλύτη.
• Υψηλό λειτουργικό κόστος και σημαντική ενεργειακή κατανάλωση για την επίτευξη αποδεκτών αποδόσεων

Τα τελευταία χρόνια, η εξαγωγή με υπερηχητική βοήθεια (UAE) έχει τραβήξει πολύ προσοχή λόγω των ανώτερων αποτελεσμάτων της (αποδόσεις, χρήση διαλύτη, ταχύτητα) μέσω ακουστικής κοιλότητας, η οποία διασπά τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών και διευκολύνει την απελευθέρωση βιοδραστικών ενώσεων και αιθέριων ελαίων.

Παράλληλα, τα υπερεγγυημένα υγρά (SCFs), με ιδιαίτερη έμφαση στο υπερεγγυημένο διοξείδιο του άνθρακα (SC-CO₂), έχουν αναγνωριστεί ολοένα και περισσότερο ως αποτελεσματική εναλλακτική στα συμβατικά μέσα εξαγωγής.

Ένα υπερεγγυημένο υγρό είναι μια χημική ουσία που βρίσκεται υπό πίεση πάνω από το σημείο όπου εξαφανίζονται οι διακριτές φάσεις υγρού και αερίου. Έτσι, τεχνικά είναι αέριο, αλλά λειτουργεί κυρίως ως υγρό.

Μεταξύ των πλεονεκτημάτων του CO₂ είναι η μη εκρηκτικότητά του, η μη τοξικότητα, το χαμηλό κόστος, η μη εύφλεκτοτητα και η μη διαβρωτικότητα. Διατηρεί επίσης τη φυσική ακεραιότητα των βιοδραστικών ενώσεων και μπορεί να προσφέρει υψηλή επιλεκτικότητα στην εξαγωγή μέσω ακριβούς ελέγχου της πίεσης και της θερμοκρασίας.

Βελτιστοποίηση Εξαγωγής με Υπερεγγυημένο CO₂

Η πραγματική αποδοτικότητα της εξαγωγής με υπερεγγυημένο CO₂ εξαρτάται από ένα ευρύ φάσμα παραγόντων, όπως η πίεση, ο χρόνος εξαγωγής, ο όγκος του συνδιαλυτικού, η θερμοκρασία, το μέγεθος σωματιδίων και η ροή του CO₂. Ως εκ τούτου, η εύρεση της ιδανικής διαμόρφωσης για μια δεδομένη ένωση σε ένα συγκεκριμένο φυτό μπορεί να είναι αρκετά δύσκολη και μέχρι τώρα, αποτελεί τόσο τέχνη όσο και επιστήμη.

Τα στατιστικά και μαθηματικά μοντέλα μπορούν να βοηθήσουν, αλλά είναι πολύπλοκα στην πρακτική σχεδίαση.

Για τη βελτιστοποίηση αυτής της μεθόδου, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης που ονομάζεται ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) και τον αλγόριθμο Particle Swarm Optimization (PSO).

Τελειοποίηση της Εξαγωγής με CO₂ & AI

Επιλογή Φυτών & Δοκιμές

Η Nepeta crispa ήταν το φυτό που επιλέχθηκε ως δοκιμή από τους ερευνητές. Διάφορα είδη Nepeta διαθέτουν ευρύ φάσμα βιολογικών δραστηριοτήτων, όπως αντιβακτηριακές, αντιιικές και αντιμυκητιακές επιδράσεις. Στην παραδοσιακή ιατρική, η N. crispa έχει χρησιμοποιηθεί ως αντιβήχια, αντισπασμωδική, διουρητική, διαφθορητική, αντιασθματική, εμμενογόνος και ηρεμιστική θεραπεία.

Πηγή: WorldPlant

Οι ερευνητές σύγκριναν την εξαγωγή ενεργών ενώσεων από αυτό το φυτό με 3 διαφορετικές μεθόδους:

• SC-CO₂ υπό βέλτιστες συνθήκες
• Υδροαπόσταξη
• Εξαγωγή με υπερηχητική βοήθεια

Αναγνωρίστηκαν 19 χημικές ενώσεις, που αποτελούν το 97-99% του συνολικού εξαγόμενου αιθέριου ελαίου, με το υπερεγγυημένο CO₂ τη πιο παραγωγική μέθοδο, με σχεδόν τέλεια απόδοση εξαγωγής. Η συνολική σύνθεση και το ποιοτικό προφίλ των αιθέριων ελαίων ήταν συγκρίσιμα σε όλες τις τεχνικές.

Πηγή: CO2 Utilization

Δημιουργία & Δοκιμή του Μοντέλου AI

Διάφορες διαμορφώσεις που περιλαμβάνουν διαφορετικούς τύπους και αριθμούς μεταβλητών εισόδου (θερμοκρασία, πίεση, ρυθμός μάζας ροής και όγκος συνδιαλυτικού), με το ANFIS να χρησιμοποιεί αλγόριθμους οπισθοδιάδοσης και υβριδικούς αλγόριθμους για τη βελτιστοποίηση νευρο-ασαφών συστημάτων.

Πηγή: CO2 Utilization

Γενικά, η θερμοκρασία δεν επηρέασε σημαντικά την εξαγωγή, ενώ η πίεση και ο ρυθμός ροής του CO₂ ήταν πιο σημαντικά, και η προσθήκη συνδιαλυτικού (αιθανόλ) ήταν επίσης σημαντική.

Για να ελέγξουν αν το μοντέλο πρόβλεψης της εξαγωγής με υπερεγγυημένο CO₂ ήταν ακριβές, οι επιστήμονες το δοκίμασαν σε πολλαπλά πειράματα. Η πρόβλεψη της απόδοσης εξαγωγής, σε κάθε περίπτωση, ταιριάζε σχεδόν τέλεια με τα πειραματικά αποτελέσματα.

Οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας για τη διαδικασία βρέθηκαν να είναι πίεση 34 MPa, θερμοκρασία 112 °F / 44,8 °C, ρυθμός μάζας 1,1 g/min και όγκος συνδιαλυτικού 370 µL.

Το Μέλλον της Εκμετάλλευσης Πόρων

Αυτή η μελέτη είναι ένα από τα πολλά παραδείγματα του πώς ακόμη και σχετικά απλά συστήματα AI μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εξειδικευμένες εφαρμογές με σημαντικές επιπτώσεις. Για παράδειγμα, σε αυτήν την περίπτωση, η βελτιστοποίηση της εξαγωγής ιατρικών μορίων από φυτά, ενδεχομένως οδηγώντας σε νέες ή φθηνότερες θεραπείες, ενώ ταυτόχρονα μειώνει το οικολογικό αποτύπωμα της εξόρυξης πόρων χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες και μη ρυπογόνες πηγές.

Καθώς αυτά τα συστήματα κλιμακώνονται, το οικονομικό όφελος θα μπορούσε να επεκταθεί πέρα από την ίδια τη φυτική εξαγωγή, δημιουργώντας ευκαιρίες για προμηθευτές βιομηχανικών αερίων, εταιρείες μηχανικής διεργασιών, παρόχους αυτοματοποίησης και εταιρείες AI που βοηθούν τους κατασκευαστές να μειώσουν το κόστος και να βελτιώσουν την παραγωγικότητα.

Το υπερεγγυημένο CO₂ πιθανότατα θα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο, για παράδειγμα, η πρωτοποριακή δοκιμή του τουρμπίνας υπερεγγυημένου CO₂ «Chaotan One» στην Κίνα, αντικαθιστώντας το παραδοσιακό υπερεγγυημένο ατμό με CO₂ για να βελτιώσει ριζικά την παραγωγή ενέργειας της τουρμπίνας.

Επένδυση σε Βιομηχανικές Εφαρμογές του CO₂

Linde Plc

Η Linde είναι μία από τις μεγαλύτερες εταιρείες βιομηχανικών αερίων παγκοσμίως, μαζί με ανταγωνιστές όπως η Air Products and Chemicals (APD ) (ακολουθήστε τον σύνδεσμο για την αναφορά μας σχετικά με αυτήν την εταιρεία), με πωλήσεις έως $34 δισεκατομμύρια το 2025. Ιδρύθηκε στη Γερμανία το 1879 και συγχωνεύτηκε με έναν άλλο γίγαντα του κλάδου, την Praxair, το 2018.

Σήμερα, η Linde δραστηριοποιείται στην παραγωγή τόσο καθαρών αερίων που εξάγονται από την ατμόσφαιρα, συμπεριλαμβανομένων των σπάνιων αερίων, όσο και αερίων που παράγονται από βιομηχανίες όπως το LNG (Ήλιο), τα υδρογονάνθρακες (αιθυλένιο, προπάνιο, CO, CO₂), καθώς και η παραγωγή υδρογόνου.

Πηγή: Linde

Οι πωλήσεις κυριαρχούνται γεωγραφικά από τις Αμερικές (45% των πωλήσεων) και την περιοχή EMEA (25%). Καθώς σχεδόν κάθε βιομηχανική διαδικασία απαιτεί αυτά τα αέρια, η πελατειακή βάση της Linde είναι πολύ διαφοροποιημένη, με τις μεγαλύτερες βιομηχανίες που εξυπηρετούνται να είναι χημικά & ενέργεια (21% των πωλήσεων), κατασκευή (21%), υγειονομική περίθαλψη (17%) και εξόρυξη (13%).

Ανάλογα με το αέριο και τον πελάτη, η Linde παράγει είτε απευθείας στον βιομηχανικό χώρο χρησιμοποιώντας αυτά τα αέρια είτε σε κεντρικές εγκαταστάσεις και στη συνέχεια τα μεταφέρει στον τελικό χρήστη.

Πηγή: Linde

Τα βιομηχανικά αέρια είναι ένας τομέας όπου η κλίμακα αποτελεί διαρκές ανταγωνιστικό πλεονέκτημα, καθώς βοηθά την εταιρεία να αποκτήσει φήμη αξιοπιστίας (γρήγορες παραδόσεις, ανταποκρινόμενη προμήθεια) και να μειώσει το κεφαλαιακό κόστος και τα έξοδα Έρευνας & Ανάπτυξης μέσω μεγαλύτερου όγκου παραγωγής και εκτενούς δικτύου διανομής.

Τόσο το πράσινο υδρογόνο όσο και η σύλληψη άνθρακα αποτελούν ευκαιρίες για μεγαλύτερη ανάπτυξη της εταιρείας σε σχέση με την «απλώς» παγκόσμια αύξηση της βιομηχανικής παραγωγής, καθώς της παρέχουν νέους τομείς όπου μπορεί να επεκταθεί στον ενεργειακό τομέα.

Πηγή: Linde

Τελευταία Νέα και Ανάπτυξη Μετοχής Linde (LIN)

Μελέτη Αναφοράς

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Βιώσιμη ενίσχυση διαδικασίας με βάση το CO₂ για την εξαγωγή του αιθέριου ελαίου Nepeta crispa με χρήση υπερηχητικής βοήθειας υπερεγγυημένου CO₂: Βελτιστοποίηση και μοντελοποίηση μηχανικής μάθησηςg. CO2 Utilization. 10 Ιουλίου 2026. Άρθρο: 103519. Τόμος: Volume 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}