Eine Modellierungsstudie zur Herstellung monoklonaler Antikörper legt nahe, dass die Produktionsanlage und nicht der Bioreaktor die größte Energiequelle sein könnte. Heizung, Lüftung und Klimatisierung machten 46 % des modellierten Energieverbrauchs aus, während die Beleuchtung weitere 21 % beitrug. Insgesamt entfielen den in New Biotechnology veröffentlichten Ergebnissen zufolge etwa 85 % des Energiebedarfs auf die Anlageninfrastruktur.
Benjamin Smith von Amgen und seine Kolleginnen und Kollegen aus der NIIMBL Process Intensification Sustainability Workgroup verglichen drei Produktionsansätze: Fed-Batch-Verfahren in Edelstahlanlagen, Fed-Batch-Verfahren mit Einwegkomponenten sowie eine durchgängige kontinuierliche Verarbeitung mit Einwegkomponenten. Ihre Modelle untersuchten Energie, Wasser, Materialien und Treibhausgasemissionen in hypothetischen Anlagen, die jährlich etwa 120 Kilogramm Antikörper herstellen.
In den beiden Fed-Batch-Szenarien kamen Bioreaktoren mit einem Volumen von 2.000 Litern zum Einsatz. Beim kontinuierlichen Verfahren wurde über einen längeren Produktionslauf ein 500-Liter-Behälter verwendet. Damit wurde eine vergleichbare Jahresproduktion in einer kleineren modellierten Anlage erreicht: 12.387 Kubikmeter gegenüber 14.089 Kubikmetern beim Fed-Batch-Verfahren mit Einwegkomponenten und 14.937 Kubikmetern beim Fed-Batch-Verfahren in Edelstahlanlagen.
Das kontinuierliche Szenario wies außerdem mit 13.239 Kilowattstunden je Kilogramm Antikörper den niedrigsten Energieverbrauch auf. Die entsprechenden Werte lagen bei 17.017 Kilowattstunden für das Fed-Batch-Verfahren mit Einwegkomponenten und bei 19.120 Kilowattstunden für das Fed-Batch-Verfahren in Edelstahlanlagen. Die Forschenden schlossen daraus, dass bei gleicher Produktionsmenge die Fläche der Anlage der entscheidende Faktor für die Energieintensität ist.
Der Vergleich zeigte nicht, dass ein einzelnes Verfahren bei allen Nachhaltigkeitskennzahlen am besten abschneidet. Bei der Herstellung in Edelstahlanlagen wurde für die Reinigung deutlich mehr Wasser benötigt, dafür waren weniger Einwegmaterialien erforderlich. Beim Fed-Batch-Verfahren mit Einwegkomponenten war der Verbrauch an Einwegartikeln am höchsten, während beim kontinuierlichen Verfahren mehr Kulturmedium und einige Puffer eingesetzt wurden.
Das Team modellierte außerdem ein verbessertes kontinuierliches Verfahren, das eine Erhöhung des Antikörpertiters um 50 % mit zwei Durchfluss-Polierungsschritten, stärker konzentriertem Medium und der Wiederverwendung von Medium- und Pufferbeuteln kombinierte. Im Vergleich zum kontinuierlichen Basisverfahren sanken durch diese Änderungen der Wasserverbrauch je Kilogramm um 26 % und der Verbrauch an Einwegartikeln um 58 %. Die modellierten Kohlendioxidäquivalent-Emissionen lagen 66 % unter denen des kontinuierlichen Basisverfahrens und 78 % unter denen des Fed-Batch-Szenarios in Edelstahlanlagen.
Auch Veränderungen an der Anlage könnten einen erheblichen Unterschied bewirken. Maßnahmen wie die Anpassung der Reinraumklassifizierungen, sofern angemessen, die Verbesserung von Luftführung und Beleuchtung, eine höhere Gerätedichte und die Optimierung der Versorgungsinfrastruktur verringerten den modellierten Energieverbrauch und die Emissionen der Anlage um bis zu etwa 35 %. Die Modelle deuteten zudem darauf hin, dass an gemäßigten Standorten im Allgemeinen weniger Heizenergie oder Entfeuchtung erforderlich war als an kälteren oder feuchteren Standorten.
Die Analyse umfasste hypothetische Anlagen mit einem Bioreaktor und nicht größere kommerzielle Betriebe mit mehreren Produktionslinien. Einige Auswirkungen über den Lebenszyklus hinweg, darunter die Herstellung und der Transport von Rohstoffen, wurden ebenfalls nicht berücksichtigt. Die Arbeitsgruppe plant, die Forschung durch Lebenszyklusanalysen und Daten aus Testanlagen zu erweitern.