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巴斯夫:通过数字化、自动化和人工智能来加速制剂工程技术创新 qrcode

2020-05-13

世界农化网中文网报道: “加强数字技术的使用是巴斯夫在化学创新中巩固领先地位的指导原则之一。2017年年中,我们启动了超级计算机“QURIOSITY”(1.25 千万亿次浮点运算),自此,对以前难以想象的难题开展科学和数据驱动的建模与仿真极大促进了化学产品的开发(包括制剂工程)。” 巴斯夫农业解决方案全球制剂开发与分析副总裁Lars Wittkowski博士近期在接受AgroPages世界农化网采访时表示。在此期间,他还分享了制剂工程技术所面临的挑战及相应的解决方案,制剂工程新技术,自动化控制和人工智能技术在制剂工程中的发展,以及终端市场需求、法规政策和应用技术方面的一些变化以及应对举措等。
   
巴斯夫农业解决方案全球制剂开发与分析副总裁Lars Wittkowski博士

1. 简述巴斯夫农化制剂生产概况以及主要的制剂类型。创新制剂技术的标准是什么?

巴斯夫的农业解决方案部门拥有覆盖北美、南美、欧洲和亚太地区的全球制剂灌装和包装网络。可在全球销售的制剂产品通常在较大的制造中心生产,再通过在当地分装后分销到各个市场。对于只在特定区域或国家销售的产品,在供应总成本能够保障的情况下,通常采用本地化生产方式。

如果按制剂类型划分,近年来的销量比例并无显著变化。销量占绝对优势的仍然是液体制剂,例如可溶性液剂(SL)、乳油(EC)和悬浮剂(SC),而固体制剂的占比不到20%。

什么是种植者眼中的好产品呢?好的产品不容易受外界环境的影响,易于操作、高效、具有成本竞争力、安全,并且是为其特定用途量身定制的。巴斯夫的制剂技术可满足这些客户需求,并提供创新的解决方案。通常,客户并不会看到制剂创新本身,但他们会体验到应用和性能的差异以及最终获得的好收成。例如,减少靶标偏移方面的创新减小了缓冲区,改进吸收方面的创新提高了活性成分的生物利用率,提高粘附性与耐雨水冲刷方面的创新降低了活性成分的损失率。制剂技术的创新对于提供更佳的产品性能尤为重要。

2. 请介绍一下制剂工程技术所面临的挑战和相应的解决方案。

在开发制剂技术时,我们面临的挑战实际上就是我们的客户所面临的挑战,其中包括不断变化的气候条件和监管要求以及对植保产品有针对性高效应用的要求。

我们向种植者提供清晰的建议,告诉他们如何在不同和困难的气候条件下使用和利用我们的顶级创新产品(如Revysol®杀菌剂)。抵御气候胁迫是我们研发的重点之一。我们的实验室专注于保护我们的产品免受紫外线胁迫、强降雨事件和各种不利飘移情况的影响。减少活性成分的光降解可提高活性水平,并进而产生更加稳定的性能。我们成功开发出一种通过实验室模拟选择紫外线屏蔽剂的方法,并正在开展制剂性能和成本效率优化工作。精心定制的助剂和其他性能增强成分可增加制剂的粘附性以及活性成分在叶结构的深层吸收,确保快速起效。与此同时,它们还有助于抵御暴雨冲刷,防止产品丧失活性。

另一个经常遇到的挑战是在一个产品中保持多种活性成分(有时多达4或5种)的稳定性。通常情况下,需要克服各种活性成分之间的物理化学不相容性,尤其是在涉及内生孢子、蛋白质或肽类等活性成分时。具体来说需要同时稳定属于完全不同类别的活性成分,并开发有效的货架期稳定产品。巴斯夫的Poncho® Votivo® 2.0就是代表性产品之一。这款种子处理制剂含有一种化学杀虫剂、两种生物内生孢子和一种酶,还具有极佳的货架期。与同类产品相比,该产品具有最佳的昆虫和线虫防治功效,并可改善土壤健康,提高作物产量。

为了进一步优化植保产品的靶标应用,巴斯夫于2019年在美国北卡罗莱纳州的三角研究园区设立了全球农药应用研究中心(AARC)。AARC配备最先进的风洞设施,通过测量每种作物保护产品中液滴尺寸的分布来测试喷雾时雾滴的飘移潜力。测试时采用种植者平时使用的喷嘴将制剂喷入受控气流中,从而完成对制剂的分析。液滴尺寸的分布很重要,可籍此确定在实际应用过程中按规定施用产品时所需的土地缓冲区的大小。在该实验室进行的研究有助于优化与靶标应用相关的管理指南,解决畅销全球的巴斯夫作物保护产品的应用缓冲区问题。

3. 请介绍一些制剂工程新技术,如建模与仿真、3D渲染和虚拟现实等,以及它们的应用情况。

加强数字技术的使用是巴斯夫在化学创新中巩固领先地位的指导原则之一。2017年年中,我们启动了超级计算机“QURIOSITY”(1.25 千万亿次浮点运算),自此,对以前难以想象的难题开展科学和数据驱动的建模与仿真极大促进了化学产品的开发(包括制剂工程),例如:

-  对表面活性剂和聚合物介导的界面稳定性进行量子化学建模,为制剂成分的设计(目的是在应用中实现最佳性能)提供了非常有价值的输入。
- 对水中活性成分的溶解性以及疏水性颗粒和液体的分散性进行建模,有助于预测新的聚合物结构,改善制剂性能,并已成功用于复杂制剂的开发。

4. 请介绍一下自动化控制和人工智能技术在制剂工程中的发展。


包括连续式化学制造工艺装置在内的高通量技术已成功运用多年,通过试验设计(DOE)筛选实现制剂配方开发和应用优化。基于统计和物理多维方法结合自优化算法(“人工智能”)的现代技术将越来越多地应用于化学品的开发。这些技术有助于加快开发进度和/或在短时间内达到复杂系统的性能水平。例如,我们将采用一个交互式决策支持框架,帮助实验室研究人员通过几次实验迭代就能找到最佳产品配方。

5. 请分享一下终端市场需求、法规政策和应用技术方面的一些变化及相应的应对举措。

我们进入的所有市场的监管要求都在不断发生变化,例如在欧洲与产品的生物降解性、微塑料或助剂相关的政策变化。其他地区则关注其他方面或注重不同的时间表。

法规和政策的演变对于可持续农业的进步是有益的,也是至关重要的。这种演变不仅推动了创新,还让我们展示自己在这一领域的实力。不过,对于这个行业,我们需要的是一种可预测的、基于科学的演变,与我们需要耗费大量时间和资源的产品开发周期相一致。开发一种植保产品需要10年以上的时间,而为了确保符合最严格的监管标准,我们需要进行近300项研究。

新应用技术的发展日新月异,并将改变植保产品未来的应用方式。在某些领域,应用方式可能从撒播转为点播,再进一步发展到单株植株层面。底层技术将对制剂的各种性能产生影响,包括粘度、浓度或混合相容性以及可应用的化学品种类。

现在,关键的是要理解这些新的要求并将其应用到我们未来的产品中,以便能够向市场提供创新产品。这些技术要占据相当大的市场份额还需要多年的时间,但改变将会发生,我们现在就做好准备。


本访谈的英文版即将发布于5月专刊《2020 Formulation & Adjuvant Technology 》,敬请关注!如果您有兴趣加入本期刊,欢迎联系本文作者!



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