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

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

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Traductor: Almudena Torrecilla Revisor: Sebastian Betti
00:04
I was born and raised in Caracas, Venezuela,
0
4042
2085
Nací y crecí en Caracas, Venezuela, allá por los años 80 y 90.
00:06
back in the '80s and '90s.
1
6169
1377
00:07
Venezuela is a beautiful country,
2
7587
1585
Venezuela es un hermoso país, rico en tesoros naturales
00:09
rich with natural treasures from beaches to rainforests.
3
9172
3629
desde playas hasta selvas tropicales.
00:13
But one thing that people don't quite realize
4
13385
2127
Pero algo que la gente no suele saber es que también tiene montañas muy altas.
00:15
is that we also have really tall mountains.
5
15512
2335
00:17
These are part of the Andes,
6
17847
1377
Forman parte de los Andes, que se extienden por Chile y Argentina,
00:19
and they stretch all the way down from Chile and Argentina.
7
19224
2794
y que albergan algunos de los pocos glaciares tropicales del mundo.
00:22
And they're also home to some of the very few tropical glaciers
8
22060
2961
00:25
in the world.
9
25021
1168
Allá por 1910, cuando se dibujó el primer mapa,
00:26
Back in 1910, when the first map was drawn,
10
26189
2461
00:28
Venezuela used to have five tropical glaciers,
11
28692
2460
Venezuela tenía cinco glaciares tropicales,
00:31
which we used to call the five white eagles.
12
31194
2127
a los que llamábamos las cinco águilas blancas.
00:33
Today, unfortunately, there's only one left,
13
33738
3128
Hoy, desgraciadamente, solo queda uno,
00:36
and it covers an area which is smaller than Central Park in New York City.
14
36908
3504
con una superficie inferior a la de Central Park en Nueva York.
00:40
These glaciers have been disappearing because of the use of a resource
15
40870
3504
Estos glaciares han ido desapareciendo
por el aprovechamiento de un recurso que se extrae a no demasiada distancia:
00:44
that we extract not too far from them:
16
44416
2252
00:46
oil.
17
46710
1126
El petróleo.
00:47
As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.
18
47877
2878
Como venezolano, mi relación con el petróleo es compleja.
00:51
On the one hand, oil is the resource that helped my country develop,
19
51381
3545
Por un lado, el petróleo es el recurso que ayudó al desarrollo de mi país,
00:54
as well as human civilization.
20
54926
1669
y también a la civilización humana.
00:57
On the other hand,
21
57220
1168
Por otro lado, es un recurso que, de forma lenta pero segura,
00:58
it's a resource that slowly but surely fuels an existential threat.
22
58430
3795
alimenta una amenaza existencial:
01:02
Climate change.
23
62225
1210
El cambio climático.
01:04
We now know that to avert the worst impacts of climate change,
24
64019
3587
Ahora sabemos que para evitar los peores impactos del cambio climático,
01:07
we're going to have to decarbonize everything that we do
25
67647
2628
vamos a tener que descarbonizar todo lo que hacemos
01:10
and everything that surrounds us.
26
70317
1710
y todo lo que nos rodea.
01:12
And to do that within the next three decades.
27
72068
2336
Y hacerlo en las próximas tres décadas.
01:14
These include things like transitioning from oil, natural gas
28
74779
4338
Acciones como la transición del petróleo y el gas natural
01:19
to clean sources of electricity;
29
79159
2377
a fuentes limpias de electricidad,
01:21
electrifying all of our vehicles;
30
81536
2169
electrificar todos nuestros vehículos,
01:23
rethinking the way that we make our buildings and cities.
31
83705
2920
redefinir la forma de construir los edificios y las ciudades.
01:27
The good news is that technologies to do some of these things already exist.
32
87626
3712
La buena noticia es que ya existen tecnologías para abordar algunas de ellas.
01:31
And legislation to frame and direct this effort
33
91713
3128
Y se está comenzando a adaptar la legislación
01:34
is starting to be put in place.
34
94883
1710
para que enmarque y guíe este esfuerzo.
01:37
The bad news is that even if we do all of these things,
35
97135
2961
La mala noticia es que incluso haciendo todo eso, no será suficiente.
01:40
it will still not be enough.
36
100096
1627
01:42
There are still large sectors of our economy
37
102307
2085
Habrá amplios sectores de la economía que necesiten ser descarbonizados
01:44
that will need to be decarbonized
38
104392
1585
y para los cuales aún no tenemos la tecnología.
01:46
for which we don't have the technology yet.
39
106019
2252
01:49
These include the things like manufacturing processes
40
109064
2961
Ejemplos de ello son los procesos de fabricación
01:52
that are used to make everything that surrounds us,
41
112067
2961
de todo tipo de objetos que nos rodean,
01:55
from the cement and steel that holds our buildings together
42
115028
3503
desde el cemento y el acero que mantienen los edificios en pie
01:58
to the chemicals and materials that we use to make the goods
43
118573
3879
hasta los químicos y los materiales destinados a fabricar los productos
02:02
that we use in our daily lives.
44
122452
2002
que usamos en nuestra vida diaria.
02:04
Things like the chair that you're sitting in,
45
124496
2335
Cosas como la silla en la que están sentados,
02:06
your shoes, the cars that you use,
46
126873
3128
sus zapatos, sus automóviles y cualquier dispositivo de uso cotidiano.
02:10
and all the devices that we use every day.
47
130043
2669
02:14
The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent
48
134756
4379
La industria química por sí sola representa el 10 % del consumo de energía
02:19
of the energy consumption.
49
139177
1752
02:22
And 20 percent of the carbon emissions from industry.
50
142222
3336
y el 20 % de las emisiones de carbono procedentes de la industria.
02:26
These emissions arise from the use of fossil fuel combustion
51
146017
3837
Estas emisiones provienen del uso de los combustibles fósiles
02:29
to generate the heat that is required to drive processes inside of our old
52
149896
4421
para generar el calor
que requieren los procesos de las plantas químicas antiguas e ineficientes.
02:34
and inefficient chemical plants.
53
154359
1585
02:36
One way to start fixing the issue will be to use electricity
54
156820
3670
Una forma de empezar a atajar el problema
será usar electricidad en lugar del calor de los combustibles fósiles
02:40
instead of heat from fossil fuels
55
160532
1793
02:42
to drive the processes inside of these plants.
56
162325
2169
para alimentar esos procesos.
02:44
Sounds easy enough, right?
57
164536
1251
Suena bastante fácil, ¿verdad?
02:45
Just unplug the natural gas pipelines, plug in the electrical wire,
58
165829
4754
Desconectamos la entrada de gas, conectamos la instalación eléctrica
02:50
and make sure that you source electricity from clean sources like solar,
59
170583
3587
y nos aseguramos de obtener electricidad de fuentes limpias
como la solar, la eólica o la nuclear.
02:54
wind or nuclear.
60
174212
1251
02:56
Unfortunately, in reality, it's much harder than that.
61
176047
2878
Desgraciadamente, es mucho más difícil.
02:58
We're going to have to come up with new chemical reactions
62
178967
2878
Vamos a tener que idear nuevas reacciones químicas
03:01
that can source their energy directly from electricity.
63
181886
3003
que puedan captar la energía directamente de la electricidad.
03:05
These are called electrochemical reactions.
64
185598
2545
Son las llamadas reacciones electroquímicas,
03:08
And it’s what my research group at New York University is focusing on:
65
188476
3879
y eso mismo investigo con mi equipo en la Universidad de Nueva York:
03:12
figuring out electrochemical paths
66
192355
2628
Buscamos rutas electroquímicas
03:14
that can create direct links between clean electricity and molecules.
67
194983
4004
que puedan crear vínculos directos entre la electricidad limpia y las moléculas.
03:19
In electrochemical reactions,
68
199904
1544
En las reacciones electroquímicas,
03:21
heat is replaced by electricity as an energy source.
69
201489
2795
el calor se reemplaza por electricidad como fuente de energía,
03:24
This allows us to operate reactors
70
204701
2627
lo que permite operar con los reactores y las reacciones a temperatura ambiente.
03:27
and carry out reactions at room temperature
71
207370
2836
03:30
with minimal energy losses.
72
210206
2002
con mínimas pérdidas de energía.
03:33
But the problem is
73
213668
1168
Pero la cuestión es que para que las reacciones electroquímicas sean viables,
03:34
that for electrochemical reactions to become viable,
74
214878
2794
03:37
they will need to be more efficient and cost competitive
75
217714
2753
deberán ser más eficientes y rentables que las actuales a base de calor.
03:40
than the heat-powered ones that we use today.
76
220467
2460
03:43
That means that electrochemical reactors
77
223219
2127
Eso significa que los reactores electroquímicos
03:45
will need to transform raw materials into products
78
225388
4963
deberán transformar las materias primas en productos,
03:50
very efficiently, with minimal waste and very selectively.
79
230351
4630
con el mínimo desperdicio y de forma muy eficiente y selectiva.
03:56
This will then in turn incentivize chemical manufacturers
80
236107
3170
Esto, a su vez, incentivará a la industria química
03:59
to switch to electrochemical production processes
81
239277
3587
a implantar procesos de producción electroquímicos,
04:02
instead of deploying new fossil fuel chemical plants.
82
242864
4504
en lugar de abrir nuevas plantas químicas de combustibles fósiles.
04:10
In our research, we started by looking at a chemical reaction
83
250371
3087
En nuestra investigación, empezamos estudiando una reacción química
04:13
that is used to make one of the most important polymers in the world:
84
253458
3295
que se usa para fabricar uno de los polímeros más importantes del mundo:
04:16
Nylon 66.
85
256795
1376
El nailon 66.
04:18
More than 5 million tons of all kinds of nylons
86
258963
2670
Cada año se producen más de 5 millones de toneladas de todo tipo de nailon,
04:21
are produced every year.
87
261674
1335
04:23
And out of those, two million tons are of Nylon 66.
88
263426
3212
de las cuales, dos millones son de nailon 66,
04:27
And these are used to make things like the textile fibers
89
267597
2711
para fabricar cosas como las fibras textiles de las chaquetas de invierno
04:30
that we use in our winter jackets
90
270308
2419
04:32
or the plastic car parts
91
272769
1501
o las piezas de plástico
04:34
that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.
92
274312
3712
gracias a las cuales los vehículos son más livianos y eficientes en el consumo.
04:39
Through our research,
93
279025
1168
Nuestra investigación,
04:40
we managed to identify electrochemical reaction mixtures
94
280235
3878
nos permitió identificar disoluciones de reacción electroquímica
04:44
with the right additives and voltages
95
284155
2544
con los aditivos y voltajes apropiados
04:46
to be able to transform raw materials into nylon precursors very selectively.
96
286741
4588
para poder transformar las materias primas en precursores de nailon
de forma muy selectiva.
04:51
We achieved selectivity of more than 80 percent,
97
291830
2419
Logramos una selectividad de más del 80 por ciento,
04:54
a value that is on par with commercial reactors.
98
294290
2419
un valor similar al de los reactores comerciales.
04:56
But we didn't stop there.
99
296709
1794
Pero fuimos más allá.
04:58
While most electrochemical reactions operate
100
298545
2669
Aunque la mayoría de las reacciones electroquímicas
05:01
with a constant stream of electrical currents,
101
301214
2878
operan con un flujo constante de corrientes eléctricas,
05:04
we knew that if we control the interactions
102
304092
3128
sabíamos que si controlábamos las interacciones
05:07
between the electricity input and molecules,
103
307262
2377
entre el flujo de electricidad y las moléculas,
05:09
we could achieve a higher performance.
104
309681
2544
podríamos lograr un rendimiento superior.
05:13
To do that, we decided to start exploring different electrical pulses
105
313560
4337
Para hacer eso, decidimos comenzar a explorar diferentes pulsos eléctricos,
05:17
in the search for the right pulse sequence
106
317897
2294
buscando la secuencia precisa
05:20
that will deliver electrons at the same rate
107
320191
2544
para que la velocidad de los electrones hiciese reaccionar a las moléculas.
05:22
that molecules could react.
108
322777
1794
05:25
Since there were so many pulses that we needed to test,
109
325405
2586
Como había tantos pulsos por probar,
decidimos seleccionar unos pocos resultados de diferentes pulsos
05:28
we decided to then use a few number of results
110
328032
3003
05:31
from different pulses to train machine-learning models
111
331077
3587
y alimentar modelos de aprendizaje automático
05:34
that then help us identify the appropriate pulse sequence
112
334706
3461
que podrían ayudarnos a identificar la secuencia de pulso necesaria
05:38
for this reaction.
113
338209
1210
para esa reacción.
05:39
This was the first time
114
339752
1335
Era la primera vez que se usaba la inteligencia artificial
05:41
that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,
115
341087
3879
para optimizar una reacción electroquímica.
05:45
and the pulse sequence that we discovered
116
345008
1960
Y la secuencia de pulsos que descubrimos
nos permitió aumentar en un 30 % la tasa de producción de los reactores.
05:47
allows us to increase by 30 percent
117
347010
2043
05:49
the production rate of these reactors.
118
349095
2127
05:51
These large improvements in efficiency,
119
351973
2586
Mejorar significativamente la eficiencia, la selectividad y las tasas de producción
05:54
selectivity and production rates are very important
120
354601
2752
es vital
05:57
because they will ensure
121
357353
1460
porque asegurará que las reacciones electroquímicas sean competitivas
05:58
that electrochemical reactions are competitive
122
358855
2461
06:01
with fossil-fuel-powered ones which are already highly optimized.
123
361357
3337
frente a las que usan combustibles fósiles que ya están altamente optimizadas.
06:05
But hey, nylon is only one molecule
124
365236
2461
Pero bueno, el nailon es solo una molécula
06:07
in a network of tens of thousands of chemical products,
125
367739
3336
en una red de decenas de miles de productos químicos,
06:11
many of which you see in this diagram,
126
371117
2211
muchos de los cuales aparecen en este diagrama,
06:13
and many of which are a common occurrence in your daily lives.
127
373328
2961
y ​​muchos de los cuales forman parte de la vida cotidiana.
06:16
Just think of the plastics that are used to make your computers and phones,
128
376331
3545
Un ejemplo son los plásticos usados para fabricar computadoras y teléfonos,
06:19
or the pane that covers the walls around us,
129
379876
2669
el panel que cubre estas paredes
06:22
or the medicines that help us live a healthy life.
130
382587
2419
o las medicinas que ayudan a llevar una vida sana.
06:25
We're going to have to decarbonize it all within the next 30 years.
131
385548
3712
Todo tendrá que ser descarbonizado en los próximos 30 años.
06:29
That means that we're going to have to discover,
132
389260
3128
Eso significa que vamos a tener que descubrir,
06:32
develop and deploy chemical processes much faster
133
392388
3504
desarrollar e implementar los procesos químicos
06:35
than we did in the past century.
134
395934
1751
con más celeridad que durante el siglo pasado.
06:39
To that end, my group at NYU is combining artificial intelligence
135
399395
4922
Con ese fin, mi grupo en NYU está combinando inteligencia artificial
06:44
with autonomous research tools
136
404359
2752
con herramientas de investigación autónomas
06:47
to run hundreds to thousands of experiments per day.
137
407111
3712
para ejecutar hasta varios miles de experimentos al día.
06:50
In this way, we hope to decrease the time from idea to discovery
138
410823
4672
Y así esperamos acortar el plazo que hay entre la idea y el hallazgo
06:55
by more than 100 times.
139
415495
2043
para que sea más de 100 veces menor.
06:58
Beyond nylon,
140
418373
1251
Además del nailon, investigamos los procesos de producción
06:59
we're also looking into production processes
141
419666
3211
07:02
to manufacture other chemicals
142
422919
1668
de otros productos químicos, como el etileno y el propileno,
07:04
like ethylene and propylene.
143
424587
2002
07:06
These are the main precursors to most of the plastic in the world.
144
426631
3170
que son los principales precursores de la mayoría del plástico en el mundo.
07:10
Through electrochemistry,
145
430468
1210
Con la electroquímica,
07:11
we have managed to electrify already the most energy intensive steps
146
431719
5172
ya hemos logrado electrificar las fases que más energía consumen
07:16
on the production process of these chemicals:
147
436891
2127
durante la producción de estos químicos:
Una serie de procesos que, de por sí, representa una porción elevada de energía
07:19
a set of processes that alone account for a very substantial amount of energy
148
439018
3796
07:22
in the chemical manufacturing industry.
149
442855
2169
en la industria química.
07:25
We're also rethinking the way that we make our chemicals
150
445358
2753
También estamos redefiniendo la forma de fabricar estos productos
07:28
and the chemicals supply chain,
151
448152
1669
y su cadena de suministro,
07:29
by developing new processes
152
449862
2002
mediante el desarrollo de nuevos procesos
07:31
that can use and transform food waste into the chemicals
153
451864
3129
que obtengan los químicos usando residuos alimentarios en lugar de petróleo.
07:35
that we make today from oil.
154
455034
1835
07:37
This can be done by extracting molecules from waste streams
155
457912
3378
Esto es posible extrayendo moléculas de los flujos de residuos
07:41
and using them as precursors to things like plastics,
156
461290
4714
y usándolas como precursores de cosas como plásticos,
07:46
additives, cosmetics and pharmaceuticals,
157
466045
2628
aditivos, cosméticos, productos farmacéuticos y muchos otros.
07:48
and many more.
158
468715
1376
07:50
And in this way,
159
470133
1167
De este modo,
07:51
enhancing sustainability in chemical manufacture even further.
160
471300
3003
se potencia aún más la sostenibilidad en la industria química.
07:55
The chemical industry is central to our modern economy
161
475430
2919
La industria química es esencial para la economía moderna
07:58
and to our ways of life.
162
478391
1501
y para nuestra forma de vida.
08:00
Decarbonizing it will take us several decades.
163
480309
2503
Descarbonizarla llevará varias décadas e incluirá acciones como:
08:02
This will include things like
164
482812
2502
08:05
retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,
165
485356
3712
Modernizar las plantas químicas para que usen electricidad directamente,
08:09
capturing and sequestering CO2 as it comes out of the gas flue stacks,
166
489110
4296
capturar y secuestrar CO2 según sale de las chimeneas de gas
08:13
and more importantly,
167
493448
1293
y, lo más importante,
08:14
developing new chemical processes that are more efficient
168
494782
4004
desarrollar nuevos procesos químicos que sean más eficientes
08:18
and can source electricity directly from clean sources.
169
498828
3337
y puedan obtener electricidad directamente de fuentes limpias.
08:22
By accelerating research in electrochemical manufacturing,
170
502206
2711
Acelerando la investigación en la industria electroquímica,
08:24
my team aims to develop some of these reactions
171
504959
2961
mi equipo pretende desarrollar algunas de esas reacciones
08:27
and in this way help to transform the chemical industry
172
507962
2628
para ayudar a transformar la industria química reacción a reacción.
08:30
one reaction at a time.
173
510631
1377
08:32
When we get there,
174
512508
1168
Cuando lo consigamos,
08:33
we will have been able to erase the carbon footprint
175
513718
2627
habremos podido borrar la huella de carbono de la industria química.
08:36
of the chemical industry.
176
516387
1502
08:38
And while we won't be able to bring our tropical glaciers back,
177
518181
3003
Y aunque no podamos recuperar los glaciares tropicales,
08:41
we will have helped to develop a sustainable path
178
521184
2335
habremos ayudado a crear un camino sostenible
08:43
for the future of our planet.
179
523519
1460
para el futuro del planeta.
08:44
Thank you.
180
524979
1168
Gracias.
(Aplausos)
08:46
(Applause)
181
526147
2586
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