Hoe AI de extractie van waardevolle plantverbindingen kan transformeren

Het vroegste medicijn dat de mens kent, waren planten met actieve verbindingen die helpen pijn te verlichten, koorts te verminderen, ziekten te bestrijden, enz. Tot op de dag van vandaag is farmacobotanie een zeer belangrijk vakgebied van de moderne geneeskunde, en zeldzame moleculen worden regelmatig gevonden in gewone en minder gewone planten om nieuwe therapieën te ontwikkelen.

Een probleem is dat deze verbindingen medisch krachtig kunnen zijn, maar in kleine hoeveelheden in een plant voorkomen, of dat de plant moeilijk te kweken is. In beide gevallen betekent dit dat het resulterende medicijn zeer duur kan zijn, vooral wanneer er geen haalbare manier is om een gewenst molecuul chemisch te synthetiseren.

Daarom kan elke verbetering die de extractie van actieve moleculen uit planten optimaliseert, enorme economische en medische gevolgen hebben.

Een team van Iraanse onderzoekers van de Islamic Azad University, de Tarbiat Modares University en de Isfahan University of Technology heeft AI gebruikt om de extractie van waardevolle verbindingen met superkritisch CO2 te optimaliseren. Ze publiceerden hun bevindingen in CO2 Utilization¹, onder de titel “Sustainable CO₂-based process intensification for the extraction of Nepeta crispa essential oil using ultrasound-assisted supercritical CO₂: Optimization and machine learning modeling”.

Extractie van Plantfarmacopee

Een breed scala aan kruiden en aromatische planten, dankzij hun waardevolle eigenschappen en voordelen, die grotendeels worden toegeschreven aan hun essentiële oliën, hebben uitgebreide toepassingen gevonden in de farmaceutische, voedings-, cosmetische, verf- en chemische industrieën. Essentiële oliën zijn vluchtige bestanddelen die bestaan uit complexe chemische mengsels met verschillende soorten moleculen.

Traditionele technieken voor de extractie van essentiële oliën uit plantaardig materiaal, zoals hydrodistillatie, stoomdistillatie en extractie met organische oplosmiddelen, hebben verschillende inherente beperkingen:

• Potentiële contaminatie van de geëxtraheerde producten als gevolg van het gebruik van organische oplosmiddelen.
• De noodzaak voor daaropvolgende verwijdering van het oplosmiddel.
• Toxiciteit en brandbaarheid van het oplosmiddel.
• Hoge operationele kosten en aanzienlijke energie‑invoer om aanvaardbare opbrengsten te bereiken

In recente jaren heeft ultrasoon‑geassisteerde extractie (UAE) veel aandacht gekregen vanwege de superieure resultaten (opbrengsten, gebruik van oplosmiddelen, snelheid) via akoestische cavitatie, die plantencelwanden verstoort en de vrijgave van bioactieve verbindingen en essentiële oliën vergemakkelijkt.

Intussen worden superkritische vloeistoffen (SCF’s), met name superkritisch koolstofdioxide (SC-CO₂), steeds meer erkend als een effectief alternatief voor conventionele extractiemedia.

Een superkritische vloeistof is een chemische stof die onder druk staat boven een punt waarop de afzonderlijke vloeistof‑ en gasfasen verdwijnen. Het is dus technisch gezien een gas, maar gedraagt zich grotendeels als een vloeistof.

Een van de voordelen van CO2 is dat het niet explosief, niet giftig, goedkoop, niet brandbaar en niet corrosief is. Het behoudt ook de natuurlijke integriteit van bioactieve verbindingen en kan een hoge selectiviteit voor extractie bieden door nauwkeurige controle van druk en temperatuur.

Optimalisatie van Superkritische CO2‑gebaseerde Extractie

De daadwerkelijke efficiëntie van extractie met superkritisch CO2 hangt af van een breed scala aan factoren, waaronder druk, extractietijd, co‑oplosmiddelvolume, temperatuur, deeltjesgrootte en de doorstroomsnelheid van CO₂. Het vinden van de ideale configuratie voor een bepaalde verbinding in een specifieke plant kan daarom tamelijk moeilijk zijn en is tot nu toe evenveel een kunst als een wetenschap.

Statistische en wiskundige modellen kunnen helpen, maar ze zijn in de praktijk complex om te ontwerpen.

Om zo’n methode te optimaliseren, gebruikten de onderzoekers een machine‑learning‑algoritme genaamd ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) en het Particle Swarm Optimization (PSO) algoritme.

Perfectie van Extractie met CO2 & AI

Plantselectie & Tests

Nepeta crispa was de plant die door de onderzoeker als test werd gekozen. Verschillende Nepeta‑soorten hebben een breed spectrum aan biologische activiteiten, zoals antibacteriële, antivirale en schimmelwerende effecten. In de traditionele geneeskunde wordt N. crispa gebruikt als hoestonderdrukkend, krampstillend, diureticum, zwetenbevorderend, astma‑remmend, emmenagogisch en kalmerend middel.

Bron: WorldPlant

De onderzoekers vergelijken de extractie van actieve verbindingen uit deze plant met 3 verschillende methoden:

• SC-CO₂ onder optimale omstandigheden
• Hydrodistillatie
• Ultrasoon‑geassisteerde extractie

Er werden 19 chemische verbindingen geïdentificeerd, goed voor 97‑99 % van de totale geëxtraheerde essentiële oliën, waarbij superkritisch CO2 de meest productieve methode was, met een bijna perfecte extractieopbrengst. De algehele samenstelling en het kwalitatieve profiel van de essentiële oliën waren vergelijkbaar over alle technieken.

Bron: CO2 Utilization

Bouwen & Testen van het AI‑model

Verschillende configuraties met verschillende soorten en aantallen invoervariabelen (temperatuur, druk, massastroomsnelheid en co‑oplosmiddelvolume), waarbij ANFIS backpropagation en hybride algoritmen gebruikt om neuro‑fuzzy‑systemen te optimaliseren.

Bron: CO2 Utilization

Over het algemeen had temperatuur weinig invloed op de extractie, terwijl druk en CO2‑doorstroomsnelheid belangrijker waren, en de toevoeging van een co‑oplosmiddel (ethanol) was ook van belang.

Om te controleren of het model dat superkritische CO2‑extractie voorspelde nauwkeurig was, testten de wetenschappers het tegen meerdere experimenten. De voorspelling van de opbrengstextractie kwam in elk geval bijna perfect overeen met de experimentele resultaten.

De optimale bedrijfsomstandigheden voor het proces werden gevonden als een druk van 34 MPa, een temperatuur van 112 °F / 44,8 °C, een massastroomsnelheid van 1,1 g/min en een co‑oplosmiddelvolume van 370 µL.

De Toekomst van Hulpbronnenbenutting

Deze studie is een van de vele voorbeelden van hoe zelfs relatief eenvoudige AI‑systemen kunnen worden gebruikt voor niche‑toepassingen met belangrijke toepassingen. Bijvoorbeeld, in dit geval de optimalisatie van de extractie van medische moleculen uit planten, wat kan leiden tot nieuwe of goedkopere therapieën, terwijl tegelijkertijd de ecologische impact van hulpbronnenwinning wordt verminderd door gebruik te maken van hernieuwbare en niet‑vervuilende bronnen.

Naarmate deze systemen opschalen, kan het economische potentieel zich uitstrekken voorbij de botanische extractie zelf, en kansen creëren voor leveranciers van industriële gassen, proces‑engineeringsbedrijven, automatiseringsproviders en AI‑bedrijven die fabrikanten helpen kosten te verlagen en de doorvoersnelheid te verbeteren.

Superkritisch CO2 zal waarschijnlijk steeds vaker worden gebruikt, bijvoorbeeld bij de baanbrekende “Chaotan One” superkritische CO2‑turbinetest in China, waarbij traditionele superkritische stoom wordt vervangen door CO2 om de energieproductie van de turbine radicaal te verbeteren.

Investeren in Industriële Toepassingen van CO2

Linde Plc

Linde is een van ‘s werelds grootste industriële gasbedrijven, naast concurrenten zoals Air Products and Chemicals (APD ) (volg de link voor ons rapport over dat bedrijf), met tot $34 mrd omzet in 2025. Het werd opgericht in Duitsland in 1879 en fuseerde in 2018 met een andere gigant in de sector, Praxair.

Vandaag is Linde actief in de productie van zowel zuivere gassen die uit de atmosfeer worden gewonnen, inclusief zeldzame gassen, als gassen die door industrieën worden geproduceerd, zoals LNG (helium), koolwaterstoffen (ethyleen, propaan, CO, CO2), evenals waterstofproductie.

Bron: Linde

De verkoop wordt geografisch gedomineerd door de Amerika’s (45 % van de verkoop) en de EMEA‑regio (25 %). Aangezien bijna elk industrieel proces deze gassen vereist, is de klantenbasis van Linde zeer divers, met de grootste bediende sectoren: chemie & energie (21 % van de verkoop), productie (21 %), gezondheidszorg (17 %) en mijnbouw (13 %).

Afhankelijk van het gas en de klant produceert Linde deze gassen ofwel direct op de industriële locatie of in gecentraliseerde faciliteiten en transporteert ze vervolgens naar de eindgebruiker.

Bron: Linde

Industriële gassen vormen een sector waarin schaal een duurzaam concurrentievoordeel is, omdat het het bedrijf helpt een reputatie van betrouwbaarheid (snelle leveringen, reactieve levering) op te bouwen en kapitaalkosten en R&D‑uitgaven te verlagen door een groter productievolume en een uitgebreid distributienetwerk.

Zowel groene waterstof als koolstofafvang zijn kansen voor meer groei voor het bedrijf dan alleen de wereldwijde groei van de industriële productie, omdat ze nieuwe mogelijkheden bieden waar het zich kan uitbreiden in de energiesector.

Bron: Linde

Laatste Linde (LIN) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Studie Gerefereerd

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Sustainable CO₂-based process intensification for the extraction of Nepeta crispa essential oil using ultrasound-assisted supercritical CO₂: Optimization and machine learning modeling. CO2 Utilization. 10 juli 2026. Artikel: 103519. Volume: Volume 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}