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

Traductor: Almudena Torrecilla Revisor: Sebastian Betti

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

Nací y crecí en Caracas, Venezuela, allá por los años 80 y 90.

back in the '80s and '90s.

Venezuela is a beautiful country,

Venezuela es un hermoso país, rico en tesoros naturales

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

desde playas hasta selvas tropicales.

But one thing that people don't quite realize

Pero algo que la gente no suele saber es que también tiene montañas muy altas.

is that we also have really tall mountains.

These are part of the Andes,

Forman parte de los Andes, que se extienden por Chile y Argentina,

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

y que albergan algunos de los pocos glaciares tropicales del mundo.

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

in the world.

Allá por 1910, cuando se dibujó el primer mapa,

Back in 1910, when the first map was drawn,

Venezuela used to have five tropical glaciers,

Venezuela tenía cinco glaciares tropicales,

which we used to call the five white eagles.

a los que llamábamos las cinco águilas blancas.

Today, unfortunately, there's only one left,

Hoy, desgraciadamente, solo queda uno,

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

con una superficie inferior a la de Central Park en Nueva York.

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

Estos glaciares han ido desapareciendo

por el aprovechamiento de un recurso que se extrae a no demasiada distancia:

that we extract not too far from them:

oil.

El petróleo.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

Como venezolano, mi relación con el petróleo es compleja.

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

Por un lado, el petróleo es el recurso que ayudó al desarrollo de mi país,

as well as human civilization.

y también a la civilización humana.

On the other hand,

Por otro lado, es un recurso que, de forma lenta pero segura,

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

alimenta una amenaza existencial:

Climate change.

El cambio climático.

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

Ahora sabemos que para evitar los peores impactos del cambio climático,

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

vamos a tener que descarbonizar todo lo que hacemos

and everything that surrounds us.

y todo lo que nos rodea.

And to do that within the next three decades.

Y hacerlo en las próximas tres décadas.

These include things like transitioning from oil, natural gas

Acciones como la transición del petróleo y el gas natural

to clean sources of electricity;

a fuentes limpias de electricidad,

electrifying all of our vehicles;

electrificar todos nuestros vehículos,

rethinking the way that we make our buildings and cities.

redefinir la forma de construir los edificios y las ciudades.

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

La buena noticia es que ya existen tecnologías para abordar algunas de ellas.

And legislation to frame and direct this effort

Y se está comenzando a adaptar la legislación

is starting to be put in place.

para que enmarque y guíe este esfuerzo.

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

La mala noticia es que incluso haciendo todo eso, no será suficiente.

it will still not be enough.

There are still large sectors of our economy

Habrá amplios sectores de la economía que necesiten ser descarbonizados

that will need to be decarbonized

y para los cuales aún no tenemos la tecnología.

for which we don't have the technology yet.

These include the things like manufacturing processes

Ejemplos de ello son los procesos de fabricación

that are used to make everything that surrounds us,

de todo tipo de objetos que nos rodean,

from the cement and steel that holds our buildings together

desde el cemento y el acero que mantienen los edificios en pie

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

hasta los químicos y los materiales destinados a fabricar los productos

that we use in our daily lives.

que usamos en nuestra vida diaria.

Things like the chair that you're sitting in,

Cosas como la silla en la que están sentados,

your shoes, the cars that you use,

sus zapatos, sus automóviles y cualquier dispositivo de uso cotidiano.

and all the devices that we use every day.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

La industria química por sí sola representa el 10 % del consumo de energía

of the energy consumption.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

y el 20 % de las emisiones de carbono procedentes de la industria.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

Estas emisiones provienen del uso de los combustibles fósiles

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

para generar el calor

que requieren los procesos de las plantas químicas antiguas e ineficientes.

and inefficient chemical plants.

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

Una forma de empezar a atajar el problema

será usar electricidad en lugar del calor de los combustibles fósiles

instead of heat from fossil fuels

to drive the processes inside of these plants.

para alimentar esos procesos.

Sounds easy enough, right?

Suena bastante fácil, ¿verdad?

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

Desconectamos la entrada de gas, conectamos la instalación eléctrica

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

y nos aseguramos de obtener electricidad de fuentes limpias

como la solar, la eólica o la nuclear.

wind or nuclear.

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

Desgraciadamente, es mucho más difícil.

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

Vamos a tener que idear nuevas reacciones químicas

that can source their energy directly from electricity.

que puedan captar la energía directamente de la electricidad.

These are called electrochemical reactions.

Son las llamadas reacciones electroquímicas,

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

y eso mismo investigo con mi equipo en la Universidad de Nueva York:

figuring out electrochemical paths

Buscamos rutas electroquímicas

that can create direct links between clean electricity and molecules.

que puedan crear vínculos directos entre la electricidad limpia y las moléculas.

In electrochemical reactions,

En las reacciones electroquímicas,

heat is replaced by electricity as an energy source.

el calor se reemplaza por electricidad como fuente de energía,

This allows us to operate reactors

lo que permite operar con los reactores y las reacciones a temperatura ambiente.

and carry out reactions at room temperature

with minimal energy losses.

con mínimas pérdidas de energía.

But the problem is

Pero la cuestión es que para que las reacciones electroquímicas sean viables,

that for electrochemical reactions to become viable,

they will need to be more efficient and cost competitive

deberán ser más eficientes y rentables que las actuales a base de calor.

than the heat-powered ones that we use today.

That means that electrochemical reactors

Eso significa que los reactores electroquímicos

will need to transform raw materials into products

deberán transformar las materias primas en productos,

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

con el mínimo desperdicio y de forma muy eficiente y selectiva.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

Esto, a su vez, incentivará a la industria química

to switch to electrochemical production processes

a implantar procesos de producción electroquímicos,

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

en lugar de abrir nuevas plantas químicas de combustibles fósiles.

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

En nuestra investigación, empezamos estudiando una reacción química

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

que se usa para fabricar uno de los polímeros más importantes del mundo:

Nylon 66.

El nailon 66.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

Cada año se producen más de 5 millones de toneladas de todo tipo de nailon,

are produced every year.

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

de las cuales, dos millones son de nailon 66,

And these are used to make things like the textile fibers

para fabricar cosas como las fibras textiles de las chaquetas de invierno

that we use in our winter jackets

or the plastic car parts

o las piezas de plástico

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

gracias a las cuales los vehículos son más livianos y eficientes en el consumo.

Through our research,

Nuestra investigación,

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

nos permitió identificar disoluciones de reacción electroquímica

with the right additives and voltages

con los aditivos y voltajes apropiados

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

para poder transformar las materias primas en precursores de nailon

de forma muy selectiva.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

Logramos una selectividad de más del 80 por ciento,

a value that is on par with commercial reactors.

un valor similar al de los reactores comerciales.

But we didn't stop there.

Pero fuimos más allá.

While most electrochemical reactions operate

Aunque la mayoría de las reacciones electroquímicas

with a constant stream of electrical currents,

operan con un flujo constante de corrientes eléctricas,

we knew that if we control the interactions

sabíamos que si controlábamos las interacciones

between the electricity input and molecules,

entre el flujo de electricidad y las moléculas,

we could achieve a higher performance.

podríamos lograr un rendimiento superior.

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

Para hacer eso, decidimos comenzar a explorar diferentes pulsos eléctricos,

in the search for the right pulse sequence

buscando la secuencia precisa

that will deliver electrons at the same rate

para que la velocidad de los electrones hiciese reaccionar a las moléculas.

that molecules could react.

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

Como había tantos pulsos por probar,

decidimos seleccionar unos pocos resultados de diferentes pulsos

we decided to then use a few number of results

from different pulses to train machine-learning models

y alimentar modelos de aprendizaje automático

that then help us identify the appropriate pulse sequence

que podrían ayudarnos a identificar la secuencia de pulso necesaria

for this reaction.

para esa reacción.

This was the first time

Era la primera vez que se usaba la inteligencia artificial

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

para optimizar una reacción electroquímica.

and the pulse sequence that we discovered

Y la secuencia de pulsos que descubrimos

nos permitió aumentar en un 30 % la tasa de producción de los reactores.

allows us to increase by 30 percent

the production rate of these reactors.

These large improvements in efficiency,

Mejorar significativamente la eficiencia, la selectividad y las tasas de producción

selectivity and production rates are very important

es vital

because they will ensure

porque asegurará que las reacciones electroquímicas sean competitivas

that electrochemical reactions are competitive

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

frente a las que usan combustibles fósiles que ya están altamente optimizadas.

But hey, nylon is only one molecule

Pero bueno, el nailon es solo una molécula

in a network of tens of thousands of chemical products,

en una red de decenas de miles de productos químicos,

many of which you see in this diagram,

muchos de los cuales aparecen en este diagrama,

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

y ​​muchos de los cuales forman parte de la vida cotidiana.

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

Un ejemplo son los plásticos usados para fabricar computadoras y teléfonos,

or the pane that covers the walls around us,

el panel que cubre estas paredes

or the medicines that help us live a healthy life.

o las medicinas que ayudan a llevar una vida sana.

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

Todo tendrá que ser descarbonizado en los próximos 30 años.

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

Eso significa que vamos a tener que descubrir,

develop and deploy chemical processes much faster

desarrollar e implementar los procesos químicos

than we did in the past century.

con más celeridad que durante el siglo pasado.

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

Con ese fin, mi grupo en NYU está combinando inteligencia artificial

with autonomous research tools

con herramientas de investigación autónomas

to run hundreds to thousands of experiments per day.

para ejecutar hasta varios miles de experimentos al día.

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

Y así esperamos acortar el plazo que hay entre la idea y el hallazgo

by more than 100 times.

para que sea más de 100 veces menor.

Beyond nylon,

Además del nailon, investigamos los procesos de producción

we're also looking into production processes

to manufacture other chemicals

de otros productos químicos, como el etileno y el propileno,

like ethylene and propylene.

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

que son los principales precursores de la mayoría del plástico en el mundo.

Through electrochemistry,

Con la electroquímica,

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

ya hemos logrado electrificar las fases que más energía consumen

on the production process of these chemicals:

durante la producción de estos químicos:

Una serie de procesos que, de por sí, representa una porción elevada de energía

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

in the chemical manufacturing industry.

en la industria química.

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

También estamos redefiniendo la forma de fabricar estos productos

and the chemicals supply chain,

y su cadena de suministro,

by developing new processes

mediante el desarrollo de nuevos procesos

that can use and transform food waste into the chemicals

que obtengan los químicos usando residuos alimentarios en lugar de petróleo.

that we make today from oil.

This can be done by extracting molecules from waste streams

Esto es posible extrayendo moléculas de los flujos de residuos

and using them as precursors to things like plastics,

y usándolas como precursores de cosas como plásticos,

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

aditivos, cosméticos, productos farmacéuticos y muchos otros.

and many more.

And in this way,

De este modo,

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

se potencia aún más la sostenibilidad en la industria química.

The chemical industry is central to our modern economy

La industria química es esencial para la economía moderna

and to our ways of life.

y para nuestra forma de vida.

Decarbonizing it will take us several decades.

Descarbonizarla llevará varias décadas e incluirá acciones como:

This will include things like

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

Modernizar las plantas químicas para que usen electricidad directamente,

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

capturar y secuestrar CO2 según sale de las chimeneas de gas

and more importantly,

y, lo más importante,

developing new chemical processes that are more efficient

desarrollar nuevos procesos químicos que sean más eficientes

and can source electricity directly from clean sources.

y puedan obtener electricidad directamente de fuentes limpias.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

Acelerando la investigación en la industria electroquímica,

my team aims to develop some of these reactions

mi equipo pretende desarrollar algunas de esas reacciones

and in this way help to transform the chemical industry

para ayudar a transformar la industria química reacción a reacción.

one reaction at a time.

When we get there,

Cuando lo consigamos,

we will have been able to erase the carbon footprint

habremos podido borrar la huella de carbono de la industria química.

of the chemical industry.

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

Y aunque no podamos recuperar los glaciares tropicales,

we will have helped to develop a sustainable path

habremos ayudado a crear un camino sostenible

for the future of our planet.

para el futuro del planeta.

Thank you.

Gracias.

(Aplausos)

(Applause)