Simulación y evaluación tecno-económica de la producción de Ácido Clavulánico en Colombia

Abstract

RESUMEN : El Ácido Clavulánico (AC) es un metabolito ampliamente utilizado con distintas combinaciones de antibióticos para contrarrestar diferentes enfermedades infecciosas. Este metabolito no se produce en Colombia a pesar de tener una gran demanda a nivel nacional, aparentemente debido a sus altos costos de producción. Con el objetivo de evaluar técnica y económicamente la eventual implementación de una planta de producción de AC en Colombia, en esta investigación se realizó una revisión detallada del estado del arte sobre la producción de este metabolito y, con ayuda del software Aspen plus, se implementó un modelo para simular el proceso bajo las condiciones en que se reportan los mayores rendimientos. Posteriormente, utilizando los resultados de las simulaciones y consideraciones económicas propias del contexto nacional, se realizó el análisis técnico-económico (TEA).

Para la simulación del proceso, se utilizó información disponible en la literatura como punto de partida para plantear los balances de materia y el esquema del proceso (flujos y equipos u operaciones unitarias), donde se contemplan tres etapas definidas como pretratamiento, producción y postratamiento. Con ayuda del software Aspen plus se exploraron diferentes estrategias de simulación, utilizando finalmente modelos estequiométricos para el reactor (reactor RSTOIC de Aspen plus), definición de sustancias no disponibles en las bases de datos a través de su estructura molecular, el modelo termodinámico UNIFAC para la estimación de propiedades y herramientas de análisis disponibles en el software, como análisis de sensibilidad, para explorar el efecto de variables específicas (como flujo de reactivos) sobre el rendimiento global hacia AC. A partir de ello, el modelo permitió simular la obtención de 4.14 g de AC/batch (valor acorde con la literatura) utilizando las siguientes condiciones: temperatura de 28 °C, flujo de oxígeno de 0.018 kg/h, flujo de amonio de 0.0073 kg/h, flujo de glicerol de 0.6751 kg/h, volumen de reactor de 5 L y representación de la biomasa (Streptomyces clavuligerus o Scl) con base en su estructura molecular.

Para el análisis TEA, además de las condiciones de proceso definidas para la simulación y con base en la cantidad de AC obtenida, se fijaron consideraciones acordes al contexto colombiano para los costos de equipos, mano de obra, terreno, materia prima, utilidades (energéticas y de agua) y el precio de venta del AC, para calcular indicadores como el Valor Presente Neto (VPN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) y la Relación Beneficio Costo (R B/C). Como resultado se obtuvo que el proyecto no es rentable financieramente, con VPN de -$ 3,490 millones de pesos, TIR altamente negativo y relación B/C de -9.72, ya que sobre el escenario analizado los costos de producción superan la rentabilidad del proceso. No obstante, el modelo y la estrategia de simulación implementadas pueden ser utilizados como base para el análisis de otros escenarios de producción que eventualmente puedan resultar atractivos desde el punto de vista de la economía nacional.

Esta investigación exploratoria se distribuye en 4 capítulos. En el primero se contextualiza con la introducción, el estado del arte y los objetivos propuestos para la misma. En el segundo capítulo se detalla la metodología y estrategia de simulación, incluyendo la selección del modelo de reactor, la descripción de las corrientes y equipos del proceso, el modelo termodinámico utilizado, los resultados y la validación del modelo, entre otros. En el tercer capítulo se expone la metodología y suposiciones para el desarrollo del análisis tecno – económico, la estimación de indicadores de rentabilidad como VPN, TIR y relación B/C, y se exponen diferentes escenarios de producción y comercialización de AC que pudieran resultar acordes a la economía nacional. Por último, en el cuarto capítulo se resumen las conclusiones del proyecto y se plantea recomendaciones para trabajos que eventualmente puedan dar continuidad o complementar los obtenidos en esta investigación.

Los resultados de esta investigación se han presentado parcialmente en eventos de divulgación científica con evaluación y retroalimentación de pares académicos, como el Congreso Internacional de Desarrollo Sustentable y Energías Renovables CIDSER 2020 (México) bajo el nombre de “Evaluación tecno – económica preliminar para la producción de Ácido Clavulánico” el cual fue publicado en las memorias del evento (RINDERESU, ISSN 2448-5527) y en el IV Encuentro Regional de Semilleros y Grupos de Investigación de la Costa Atlántica, 2020 (https://revistas.curnvirtual.edu.co). Adicionalmente se está elaborando un manuscrito para someter a consideración de revista indexada con los detalles de la simulación y validación del modelo, pues de acuerdo a la revisión del estado del arte, resultan ser inéditos (y útiles) para el estudio de procesos de producción de este metabolito y otros similares.