L'impulso dell'intelligenza artificiale per l'economia dei rifiuti chimici

Se si chiede ad un comune cittadino quale sia la sua principale preoccupazione per quel che riguarda gli insediamenti industriali dedicati alla fabbricazione di prodotti chimici, probabilmente, e a ragione, questi citerà lo smaltimento dei prodotti di scarto e il connesso pesante inquinamento che si rischia di continuo.

Per questo, credo valga la pena di tornare al concetto di chimica circolare e verde, riferendomi questa volta a un nuovo studio pubblicato il 27 aprile sulla rivista Nature, in cui un gruppo di ricerca internazionale ha mostrato come potenti algoritmi di intelligenza artificiale possono aiutare a trovare modi per riciclare tali prodotti di scarto in beni utili come i farmaci.

Gli scienziati hanno cercato a lungo di escogitare tecniche di "chimica circolare" per riutilizzare i rifiuti chimici che altrimenti potrebbero rivelarsi tossici o costosi da immagazzinare o smaltire. Tuttavia, indagare tutti i possibili percorsi chimici per trasformare tali rifiuti utilizzando anche solo poche, ben conosciute strategie chimiche, trovando alla fine soluzioni di interesse pratico si è rivelato straordinariamente impegnativo.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato una intelligenza artificiale per esplorare in modo sistematico la combinazione di coppie composti scelte fra i 200 maggiori prodotti di risulta dell’industria chimica, attraverso l’uso sistematico di poche vie sintetiche già note. In particolare, si sono analizzate grazie al computer quali sostanze chimiche potrebbero essere sintetizzate dalle 200 molecole di scarto comuni nelle industrie chimiche, scegliendo i composti da ottenere a partire da un elenco di prodotti utili ben identificato - farmaceutici, agrochimici, profumi e fragranze. Questa analisi virtuale ha anche tenuto conto della sostenibilità delle strategie chimiche identificate, ad esempio in termini di consumo energetico o dell’uso di composti pericolosi per ottenere i prodotti finali. Per questa analisi, si è dovuto addestrare una macchina circa le possibili reattività chimiche e proprietà di singoli gruppi reattivi presenti in molecole generiche – un po’ come si fa quando si addestrano i chimici umani nei corsi universitari – e si sono poi dovuti identificare degli algoritmi particolarmente efficienti per esaminare tutte le possibilità sintetiche e scovare quelle che hanno senso. Nello studio in questione, che è puramente illustrativo delle possibilità di questo approccio, il calcolatore ha esaminato quasi 1 miliardo di molecole ottenibili e miliardi di percorsi per sintetizzarle.

In esito a questo processo di analisi sistematica, il computer ha identificato la possibilità di sintetizzare circa 300 farmaci e altri composti utili dai 200 composti di scarto esaminati. Questi includono alcuni dei farmaci più prescritti al mondo, come il salbutamolo, un farmaco per l'asma, e il carvedilolo, un farmaco per la pressione sanguigna.

La possibilità di ottenere questi composti secondo le vie sintetiche identificate dall’intelligenza artificiale è stata confermata in diversi casi dagli scienziati per via sperimentale, e fra i composti che è stato possibile ottenere vi sono anche farmaci utilizzati per la terapia salvavita di pazienti COVID ventilati, come un miorilassante, un sedativo ed un anestetico molto usati.

Ora, come ha suggerito l’autore principale dello studio, immaginate quale siano le possibilità.

Una certa industria potrebbe sottoporre all’intelligenza artificiale il problema di valutare quali composti utili possano essere prodotti, e con quale via sintetica industrializzabile, a partire dai propri specifici prodotti di scarto.

Questo si tradurrebbe, evidentemente, in un guadagno immediato per l’azienda in questione, rimpiazzando costi di smaltimento con costi volti alla produzione, e in un contemporaneo beneficio immediato in termini ambientali, riciclando a nuova vita molecole che altrimenti dovrebbero essere smaltite – molecole speso altamente inquinanti e pericolose. Consorzi di diverse aziende, inoltre, potrebbero collaborare per aumentare le possibilità sintetiche, attraverso la combinazione dei propri specifici prodotti di scarto, in una nuova forma di economia dei rifiuti chimici, di ovvio interesse per la collettività.

Questa è la visione della chimica circolare: quasi la realizzazione degli antichi miti alchemici, in cui grazie ad una fonte di energia e alla corretta via sintetica, è possibile trasformare il piombo dei rifiuti tossici nell’oro di prodotti utili. Il tutto grazie ad un’intelligenza artificiale, istruita correttamente e applicata a problemi di interesse, non trattabili facilmente dalla mente umana.