Come realizzare un sistema di raffreddamento per la liofilizzazione
con un GWP di 1?
29 Nov 2021
In passato, i refrigeranti industriali sono stati migliorati per evitare la riduzione dello strato di ozono, ma hanno ancora un alto potenziale di contribuire al riscaldamento globale.
Considerando che i refrigeranti attualmente utilizzati per le applicazioni di liofilizzazione farmaceutica sono sempre meno disponibili — e potrebbero scomparire dal mercato entro il 2030 — GEA Pharma & Healthcare ha cercato soluzioni alternative di raffreddamento a bassa temperatura che utilizzino refrigeranti naturali in applicazioni di liofilizzazione su scala commerciale.
Liofilizzazione industriale
Applicata per la prima volta nella stabilizzazione del plasma sanguigno, la liofilizzazione è utilizzata nell'industria delle scienze biologiche da oltre 50 anni. Durante questo periodo, il liofilizzatore si è evoluto da un semplice dispositivo per l'essiccazione sotto vuoto a bassa temperatura a un sistema integrato estremamente sofisticato. Le opzioni attuali combinano una serie di processi per garantire che un prodotto sia consegnato conformemente alle specifiche tecniche e biologiche, considerando anche le questioni economiche, di sicurezza e ambientali.
La liofilizzazione è un processo di disidratazione normalmente utilizzato per preservare un materiale deperibile o renderne più pratici il trasporto o la conservazione. La liofilizzazione prevede la congelazione del materiale e una riduzione della pressione circostante per consentire all’acqua congelata presente nel materiale di passare direttamente dalla fase solida a quella gassosa per sublimazione. L'uso di refrigeranti è fondamentale per tutta la procedura.
GEA offre svariate opzioni per l'implementazione di un sistema di refrigerazione per liofilizzatori, sia meccanico che criogenico, che può essere adattato specificamente ai requisiti individuali del processo e del prodotto. I due fattori principali da considerare nella scelta di una soluzione adatta ai processi di liofilizzazione sono la temperatura di refrigerazione e la capacità di raffreddamento.
Poiché i refrigeranti sintetici convenzionali stanno diventando meno comuni e leggi sempre più restrittive proibiscono l'uso di sostanze chimiche con un alto potenziale di riscaldamento globale (GWP) — secondo i protocolli di Montreal e di Kyoto — investire in un compressore a cascata (ciclo termodinamico multistadio) che utilizza refrigeranti naturali diventerà progressivamente la scelta più pragmatica. Di conseguenza, tutte le unità di refrigerazione GEA per applicazioni di liofilizzazione sono state progettate per funzionare con refrigeranti naturali al fine di soddisfare un'ampia gamma di esigenze di processo e di prodotto.
Uno dei pochi composti utilizzabili è l'etano (C2H6). Grazie al suo punto di ebollizione molto basso (-88,5 °C), l'etano è compatibile con i sistemi di raffreddamento a cascata. In un condensatore di ghiaccio indiretto raffreddato ad olio di silicone, ad esempio, si possono raggiungere temperature inferiori a -80 °C. Ma c'è un rovescio della medaglia: alcuni refrigeranti naturali, tra cui l'etano, sono esplosivi e devono essere maneggiati con maggiore attenzione in conformità alla direttiva ATEX. Aziende come GEA hanno comunque l'esperienza e la competenza per rendere questi sistemi il più sicuri possibile. Per assicurare la protezione sia del prodotto che dell'operatore, GEA integra una struttura di contenimento intorno ad ogni cascata che lavora con refrigeranti esplosivi — incluse tutte le misure di sicurezza richieste per assicurare che un tale sistema sia utilizzabile in un ambiente farmaceutico standard.
GEA ha ora sviluppato un innovativo sistema a ciclo d'aria per liofilizzatori che include anche il raffreddamento ad anidride carbonica (CO2). Il sistema LYOAIR®, che ha dimostrato alti livelli di produttività e affidabilità, può essere utilizzato senza attrezzature speciali ATEX e installato in un locale non attrezzato secondo la normativa ATEX.
Perché un GWP di 1 è così importante?
I sistemi booster a CO2 di GEA possono raggiungere temperature fino a -50 °C e sono adatti a un'ampia gamma di applicazioni di congelamento dei prodotti. Il sistema di raffreddamento LYOAIR® utilizza refrigeranti naturali e ha un GWP di 1. Perché è importante? La scala GWP è stata sviluppata per permettere di confrontare gli impatti dei diversi gas sul riscaldamento globale. In particolare, indica quanta energia le emissioni di 1 tonnellata di un gas assorbono in un dato periodo di tempo rispetto alle emissioni di 1 tonnellata di CO2. Maggiore è il GWP, più un determinato gas riscalda la Terra. Quindi, è sempre meglio che sia più basso possibile e 1 è il valore auspicabile.
In sintesi, GEA LYOAIR® impiega refrigeranti naturali che rispettano il regolamento del 2015 sui gas serra fluorurati e consente di sfruttare i vantaggi dell'integrazione di compressori di terzi altamente efficienti ed economici. La combinazione di un sistema a ciclo d'aria con un booster di CO2 offre un consumo energetico inferiore per i liofilizzatori rispetto a un normale sistema a ciclo d'aria. Tra i vantaggi più significativi rientrano anche l'eliminazione di gas naturali esplosivi o tossici, meno vibrazioni, un funzionamento più silenzioso e nessun GWP. È anche facile da sottoporre a manutenzione e significativamente meno costoso da gestire rispetto alle alternative ad azoto liquido.
