How to Transform the Chemical Industry -- One Reaction at a Time | Miguel A. Modestino | TED

المترجم: alaa shalaby المدقّق: akram Abu-Farea

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

أنا ولدت وترعرعت في كراكس، فنزويلا

back in the '80s and '90s.

في الثمانينيات والتسعينيات.

Venezuela is a beautiful country,

فنزويلا بلد جميل،

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

وهي غنية بالثروات الطبيعية، من شواطئ إلى غابات مطيرة.

But one thing that people don't quite realize

ولكن الشيء الذي لا يلاحظه الناس جيدًا

is that we also have really tall mountains.

هو أننا نمتلك أيضًا جبال شاهقة جدًا.

These are part of the Andes,

وهي جزء من جبال الأنديز،

and they stretch all the way down from Chile and Argentina.

وهي تمتد على طول الطريق نزولًا إلى تشيلي والأرجنتين.

And they're also home to some of the very few tropical glaciers

وهم أيضًا موطنٌ لبعض من الأنهار الجليدية المدارية القليلة

in the world.

في العالم.

Back in 1910, when the first map was drawn,

عندما رُسِمت أول خريطة في 1910،

Venezuela used to have five tropical glaciers,

كانت فنزويلا بها خمس أنهار جليدية مدارية،

which we used to call the five white eagles.

وهم ما كنا ندعوهم بالنسور الخمسة البيضاء.

Today, unfortunately, there's only one left,

وللأسف، لم يتبقى منهم اليوم إلا واحدًا،

and it covers an area which is smaller than Central Park in New York City.

وهي ما تغطي منطقة أصغر من سنترال بارك في مدينة نيويورك.

These glaciers have been disappearing because of the use of a resource

قد كانت هذه الأنهار الجليدية تختفي بسبب استخدام مورد

that we extract not too far from them:

لم يكن يُستخرَج ببعيد منهم؛

oil.

وهو البترول.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

كمواطن فنزويلي، فعلاقتي بالبترول معقدة.

On the one hand, oil is the resource that helped my country develop,

من ناحية، قد كان البترول المورد الذي ساعد في تنمية بلدي،

as well as human civilization.

كما هو الحال مع الحضارة الإنسانية.

On the other hand,

ومن ناحية أخرى،

it's a resource that slowly but surely fuels an existential threat.

فهو المورد الذي يؤدي ببطء ولكن بخطى ثابتة إلى تهديد وجودي.

Climate change.

تغير المناخ.

We now know that to avert the worst impacts of climate change,

أصبحنا نعرف أننا لكي نتفادى أسوء تأثيرات تغير المناخ،

we're going to have to decarbonize everything that we do

فيتحتم علينا إزالة الكربون من كل ما نفعل

and everything that surrounds us.

ومن كل ما يحيط بنا.

And to do that within the next three decades.

وإنجاز هذا في غضون الثلاثة عقود القادمة.

These include things like transitioning from oil, natural gas

ويشمل هذا اشياءً كالتحول من البترول والغاز الطبيعي

to clean sources of electricity;

إلى مصادر نظيفة كالكهرباء،

electrifying all of our vehicles;

وبتحويل كل المراكب للعمل بالكهرباء،

rethinking the way that we make our buildings and cities.

وإعادة التفكير في أسلوب بناء بناياتنا ومدننا.

The good news is that technologies to do some of these things already exist.

الخبر السار هو أن التكنولوجيا المطلوبة لإنجاز بعض من هذه الأشياء موجودة بالفعل.

And legislation to frame and direct this effort

والتشريع المطلوب لصياغة هذا الجهد وتوجيهه

is starting to be put in place.

قد تم البدء في تجهيزه.

The bad news is that even if we do all of these things,

والخبر السيء هو أنه حتى لو فعلنا كل هذه الأشياء،

it will still not be enough.

فلا يزال غير كافٍ.

There are still large sectors of our economy

لا تزال هناك قطاعات كبيرة من اقتصادنا

that will need to be decarbonized

تحتاج لأن يزال الكربون منها

for which we don't have the technology yet.

والتي لا نمتلك التكنولوجيا لها بعد.

These include the things like manufacturing processes

يتضمن هذا أشياءً مثل عمليات التصنيع

that are used to make everything that surrounds us,

التي تستخدم لصناعة كل ما حولنا،

from the cement and steel that holds our buildings together

بدءًا من الأسمنت والصلب الذي يجعل مبانينا متماسكة

to the chemicals and materials that we use to make the goods

إلى المواد الكيميائية والمواد التي نستخدمها لصناعة السلع

that we use in our daily lives.

التي نستخدمها في حياتنا اليومية.

Things like the chair that you're sitting in,

أشياء كالكرسي الذي تجلسون عليه،

your shoes, the cars that you use,

وأحذيتكم، والسيارات التي تستخدمونها

and all the devices that we use every day.

وكل هذه الأجهزة التي نستخدمها كل يوم.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

صناعة الكيماويات وحدها مسؤولة عن 10 %

of the energy consumption.

من استهلاك الطاقة.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

و20 % من الانبعاثات الكربونية من الصناعة.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

تنطلق هذه الانبعاثات من استخدام احتراق الوقود الأحفوري

to generate the heat that is required to drive processes inside of our old

لتوليد الحرارة المطلوبة لدفع العمليات داخل مصانعنا الكيميائية

and inefficient chemical plants.

القديمة وعديمة الكفاءة.

One way to start fixing the issue will be to use electricity

أحد طرق اصلاح هذه المشكلة هو استخدام الكهرباء

instead of heat from fossil fuels

بدلًا من حرارة احتراق الوقود الأحفوري

to drive the processes inside of these plants.

للدفع بالعمليات داخل هذه المصانع.

Sounds easy enough, right?

تبدو سهلة، أليس كذلك؟

Just unplug the natural gas pipelines, plug in the electrical wire,

افصل خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، واوصل السلك الكهربائي،

and make sure that you source electricity from clean sources like solar,

وكن حريصًا على أن يكون مصدر الكهرباء نابع من موارد نظيفة كالطاقة الشمسية،

wind or nuclear.

والنووية وطاقة الرياح

Unfortunately, in reality, it's much harder than that.

لسوء الحظ، الأمر على أرض الواقع أكثر صعوبة من هذا.

We're going to have to come up with new chemical reactions

سيجب علينا الإتيان بتفاعلات كيميائية جديدة

that can source their energy directly from electricity.

التي يمكنها استخلاص طاقتها مباشرة من الكهرباء.

These are called electrochemical reactions.

وتسمى بالتفاعلات الكهروكيميائية.

And it’s what my research group at New York University is focusing on:

وهو ما تركز عليه مجموعتي البحثية في جامعة نيويورك:

figuring out electrochemical paths

الوصول إلى مسارات كهروكيميائية

that can create direct links between clean electricity and molecules.

التي يمكنها خلق وصلات مباشرة بين كهرباء نظيفة والجزيئات.

In electrochemical reactions,

في التفاعلات الكهروكيميائية،

heat is replaced by electricity as an energy source.

تُستبدل الحرارة بالكهرباء كمصدر للطاقة.

This allows us to operate reactors

سيسمح لنا هذا بإدارة المفاعلات

and carry out reactions at room temperature

وتنفيذ تفاعلات عند حرارة الغرفة

with minimal energy losses.

مع فقدان أقل حد من الطاقة.

But the problem is

لكن المشكلة

that for electrochemical reactions to become viable,

أنه كي تصبح هذه التفاعلات الكهروكيميائية مجدية،

they will need to be more efficient and cost competitive

تحتاج لأن تكون أكثر فاعلية وتنافسية من حيث التكلفة

than the heat-powered ones that we use today.

مقارنة بتلك المدعومة بالحرارة ونستخدمها اليوم.

That means that electrochemical reactors

هذا يعني أن المفاعلات الكهروكيميائية

will need to transform raw materials into products

ستحتاج لأن تحوّل المواد الخام إلى منتجات

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

بكفاءة وانتقائية عالية، وبأقل هدر.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

سيحفز هذا بدوره المصنعين الكيميائيين

to switch to electrochemical production processes

للتحول إلى عمليات الإنتاج الكهروكيميائي

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

بدلًا من طرح مفاعلات كيميائية قائمة على الوقود الأحفوري.

In our research, we started by looking at a chemical reaction

لقد بدأنا في بحثنا بالنظر في تفاعل كيميائي

that is used to make one of the most important polymers in the world:

يستخدم لصناعة واحدًا من أهم البوليمرات في العالم؛

Nylon 66.

نايلون 66.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

أكثر من 5 ملايين طنًا من كل أنواع النايلون

are produced every year.

تُنتَج كل عام.

And out of those, two million tons are of Nylon 66.

و2 مليون طنًا منهم من نايلون 66.

And these are used to make things like the textile fibers

ويستخدم هذا في صناعة أشياءٍ كألياف النسيج

that we use in our winter jackets

المستخدم في معاطفنا الشتوية

or the plastic car parts

أو القطع البلاستيكية للسيارة

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

التي تساعد في جعل مركباتنا خفيفة الوزن وموفرة للوقود

Through our research,

خلال بحثنا،

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

استطعنا تحديد مزيج من التفاعلات الكهروكيميائية

with the right additives and voltages

بها الإضافات والجهود الكهربائية الصحيحة

to be able to transform raw materials into nylon precursors very selectively.

كي نستطيع تحويل المواد الخام إلى مركبات أولية للنايلون في غاية الانتقائية.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

قد حققنا انتقائية بمقدار أكثر من 80%،

a value that is on par with commercial reactors.

وهو مقدار تماشى مع المفاعلات التجارية.

But we didn't stop there.

ولكننا لم من نتوقف عند ذلك الحد.

While most electrochemical reactions operate

فبينما تعمل معظم المفاعلات الكهروكيميائية

with a constant stream of electrical currents,

مستخدمةً سيل ثابت من التيارات الكهربائية،

we knew that if we control the interactions

نحن على علم بأننا لو تحكمنا بالتفاعلات

between the electricity input and molecules,

بين مدخلات الكهرباء والجزيئات،

we could achieve a higher performance.

فيمكننا تحقيق أداء أعلى.

To do that, we decided to start exploring different electrical pulses

لتحقيق هذا، قررنا البدء في استعراض نبضات كهربائية مختلفة

in the search for the right pulse sequence

في خضم بحثنا عن التسلسل النبضي الصحيح

that will deliver electrons at the same rate

الذي يوصل الإلكترونات بنفس المعدل

that molecules could react.

الذي يمكن أن تتفاعل به الجزيئات.

Since there were so many pulses that we needed to test,

لأنه كان هناك العديد من النبضات التي نحتاج لاختبارها،

we decided to then use a few number of results

فقد قررنا أن نستخدم بعد ذلك عدد قليل من النتائج

from different pulses to train machine-learning models

من نبضات مختلفة لتدريب نماذج التعلم الآلي

that then help us identify the appropriate pulse sequence

التي تساعدنا بعد ذلك في تحديد التسلسل النبضي المناسب

for this reaction.

للتفاعل.

This was the first time

كانت هذه هي المرة الأولى

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

التي يُستخدم فيها الذكاء الاصطناعي في تحسين تفاعل كهروكيميائي،

and the pulse sequence that we discovered

ويسمح لنا التسلسل النبضي الذي اكتشفناه

allows us to increase by 30 percent

بزيادة بمعدل 30 بالمائة

the production rate of these reactors.

معدل الانتاج من هذه المفاعلات.

These large improvements in efficiency,

هذه التحسينات الكبيرة في الكفاءة،

selectivity and production rates are very important

والانتقائية ومعدلات الانتاج مهمة للغاية

because they will ensure

لأنها ستضمن

that electrochemical reactions are competitive

تنافسية المفاعلات الكهروكيميائية

with fossil-fuel-powered ones which are already highly optimized.

ضد تلك المدعومة بالوقود الأحفوري والتي تعد في مستوى عالٍ من التحسين.

But hey, nylon is only one molecule

لكن مهلًا، فالنايلون هو جزيء واحد فقط

in a network of tens of thousands of chemical products,

من شبكة من عشرات الآلاف من المنتجات الكيميائية،

many of which you see in this diagram,

يمكنك رؤية العديد منها في هذا الرسم التوضيحي،

and many of which are a common occurrence in your daily lives.

ويشيع وجود العديد منهم في حياتكم اليومية.

Just think of the plastics that are used to make your computers and phones,

تفكر فقط في البلاستيك المستخدم في صناعة الحواسيب والهواتف،

or the pane that covers the walls around us,

أو الألواح التي تغطي الحوائط من حولنا،

or the medicines that help us live a healthy life.

أو الأدوية التي تساعدنا على العيش في حياة صحية.

We're going to have to decarbonize it all within the next 30 years.

سنضطر لإزالة الكربون منها جميعًا خلال الثلاثين سنة القادمة.

That means that we're going to have to discover,

يعني هذا أننا سنضطر لاكتشاف،

develop and deploy chemical processes much faster

وتطوير ونشر عمليات كيميائية بوتيرة أسرع

than we did in the past century.

مما فعلنا في القرن الماضي.

To that end, my group at NYU is combining artificial intelligence

لهذا الحد، فمجموعتي في جامعة نيويورك تدمج بين الذكاء الاصطناعي

with autonomous research tools

وأدوات البحث الذاتي

to run hundreds to thousands of experiments per day.

لتجري مئات بل آلاف التجارب في اليوم.

In this way, we hope to decrease the time from idea to discovery

بهذه الطريقة، نأمل لأن نقلص الوقت المستغرق بين الفكرة والاكتشاف

by more than 100 times.

بأكثر من 100 مرة.

Beyond nylon,

ما بعد النايلون،

we're also looking into production processes

نستقصي عن عمليات إنتاجية

to manufacture other chemicals

لتصنيع مواد كيميائية أخرى

like ethylene and propylene.

مثل الإيثيلين والبروبيلين.

These are the main precursors to most of the plastic in the world.

هذه هي المواد الأولية الأساسية لمعظم البلاستيك الموجود بالعالم.

Through electrochemistry,

عن طريق الكهروكيميائية،

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

استطعنا بالفعل كهربة الخطوات الأكثر طلبًا للطاقة

on the production process of these chemicals:

في العملية الإنتاجية لهذه المواد الكيميائية:

a set of processes that alone account for a very substantial amount of energy

مجموعة من العمليات التي تستهلك وحدها كمية كبيرة جدًا من الطاقة

in the chemical manufacturing industry.

في صناعة الكيماويات.

We're also rethinking the way that we make our chemicals

نحن نعيد النظر أيضًا في طريقتنا في صناعة موادنا الكيمائية

and the chemicals supply chain,

وسلسلة الامداد بالمواد الكيميائية،

by developing new processes

عن طريق تطوير عمليات جديدة

that can use and transform food waste into the chemicals

التي يمكنها استخدام وتحويل بقايا الطعام إلى مواد كيميائية

that we make today from oil.

التي نصنعها اليوم من البترول.

This can be done by extracting molecules from waste streams

يمكن تحقيق ذلك عن طريق استخراج جزيئات من تيارات الفضلات

and using them as precursors to things like plastics,

واستخدامها كمواد أولية لأشياء كالبلاستيك،

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

والمواد المضافة ومستحضرات التجميل، والمنتجات الصيدلانية،

and many more.

وأكثر من ذلك بكثير.

And in this way,

وبهذه الطريقة،

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

تعزيز الاستدامة في التصنيع الكيميائي بصورة أكبر.

The chemical industry is central to our modern economy

يُعد التصنيع الكيميائي محور اقتصادنا المعاصر

and to our ways of life.

وأنماط حياتنا.

Decarbonizing it will take us several decades.

سيستغرق منا إزالة الكربون منها عدة عقود.

This will include things like

سيتضمن هذا أشياءً على شاكلة

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

إدخال تعديلات على المنشآت الكيميائية تمكنها من الاستخدام المباشر للكهرباء،

capturing and sequestering CO2 as it comes out of the gas flue stacks,

التقاط وعزل ثاني أكسيد الكربون عند خروجه من مداخن الغاز،

and more importantly,

والأكثر أهمية،

developing new chemical processes that are more efficient

هو تطوير عمليات كميائية جديدة أكثر فاعلية

and can source electricity directly from clean sources.

ويمكنها استخلاص الكهرباء من مصادر نظيفة.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

عن طريق تسريع البحث في مجال التصنيع الكهروكيميائي،

my team aims to develop some of these reactions

يهدف فريقي إلى تطوير بعض من هذه التفاعلات

and in this way help to transform the chemical industry

ونساعد بهذه الطريقة تحويل الصناعة الكيميائية

one reaction at a time.

تفاعلًا تلو الآخر.

When we get there,

عند تحقيقنا ذلك،

we will have been able to erase the carbon footprint

سنكون قد استطعنا محو البصمة الكربونية

of the chemical industry.

الخاصة بالصناعة الكيميائية.

And while we won't be able to bring our tropical glaciers back,

مع أننا لن نكون قادرين على إرجاع أنهارنا الجليدية المدارية،

we will have helped to develop a sustainable path

فسنكون قد طورنا طريقًا مستدامًا

for the future of our planet.

لمستقبل كوكبنا.

Thank you.

شكرًا لكم.

(Applause)

(تصفيق)