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

Translator: Mohammad Badsar Reviewer: sadegh vn

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

من متولد کاراکاس ونزوئلا هستم و در دهه ۸۰

back in the '80s and '90s.

و ۹۰ همانجا بزرگ شده‌ام.

Venezuela is a beautiful country,

ونزوئلا کشور زیبایی است،

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

غنی از گنج‌های طبیعی از سواحل گرفته تا جنگل‌های بارانی.

But one thing that people don't quite realize

اما چیزی که مردم درست نمی‌دانند

is that we also have really tall mountains.

این است که ما کوه‌های بسیاربلند هم داریم.

These are part of the Andes,

این‌ها بخشی از آند هستند،

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

و از شیلی تا آرژانتین به پایین کشیده شده‌اند.

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

و همچنین منزلگاه برخی از یخچال‌های استوایی بسیار نادر

in the world.

در جهان هستند.

Back in 1910, when the first map was drawn,

در سال ۱۹۱۰، وقتی اولین نقشه کشیده شد،

Venezuela used to have five tropical glaciers,

ونزوئلا پنج یخچال استوایی داشت،

which we used to call the five white eagles.

که به آنها پنج عقاب سفید می‌گفتیم.

Today, unfortunately, there's only one left,

متاسفانه امروز فقط یکی باقی مانده است،

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

و محدوده‌ای کوچکتر از پارک مرکزی نیویورک را پوشانده است.

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

این یخچال‌ها از بین رفته‌اند زیرا از منبعی نه چندان دورتر

that we extract not too far from them:

داریم استخراج می‌کنیم:

oil.

نفت.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

بعنوان یک ونزوئلایی ارتباط من با نفت پیچیده است.

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

از یک طرف، نفت منبعی است که به توسعه کشورم کمک کرده است،

as well as human civilization.

همچنین به توسعه تمدن بشری.

On the other hand,

از طرف دیگر،

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

منبعی است که به آرامی ولی بطور حتمی دارد یک خطر وجودی را افزایش می‌دهد.

Climate change.

تغییرات آب و هوایی.

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

ما الان می‌دانیم چگونه بدترین اثرات آب و هوایی را دفع کنیم،

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

داریم همه فعالیت‌ها و همه چیز اطرافمان را

and everything that surrounds us.

از کربن عاری می‌کنیم.

And to do that within the next three decades.

و این کار را در سه دهه آینده باید انجام دهیم.

These include things like transitioning from oil, natural gas

این اقدامات گذر از نفت و گاز طبیعی

to clean sources of electricity;

به منابع تمیز برقی است.

electrifying all of our vehicles;

همه خودروها را برقی کنیم؛

rethinking the way that we make our buildings and cities.

نحوه ساخت ساختمان‌ها و شهرها را بازبینی کنیم.

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

خبر خوب اینکه فناوری برخی از این موارد پیشاپیش وجود دارد.

And legislation to frame and direct this effort

و قانون‌گذاری هدفمند و هدایت این تلاش‌ها

is starting to be put in place.

در حال انجام است.

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

خبر بد اینکه حتی اگر همه این کارها را بکنیم

it will still not be enough.

همچنان کافی نخواهد بود.

There are still large sectors of our economy

همچنان بخش‌های بزرگی از اقتصاد ما

that will need to be decarbonized

نیازمند کربن‌زدایی است

for which we don't have the technology yet.

و فعلا فناوری آن را نداریم.

These include the things like manufacturing processes

مواردی از قبیل فرآیند تولید

that are used to make everything that surrounds us,

که همه چیز اطراف ما را می‌سازند،

from the cement and steel that holds our buildings together

از سیمان و فولاد که ساختمان‌های ما را محکم می‌کنند

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

تا مواد شیمیایی که برای ساخت کالاهای روزمره

that we use in our daily lives.

به کار می‌روند.

Things like the chair that you're sitting in,

صندلی که روی آن نشسته‌اید،

your shoes, the cars that you use,

کفش، ماشینی که استفاده می‌کنید،

and all the devices that we use every day.

و همه وسایلی که هر روز استفاده می‌کنیم.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

صنعت تولید مواد شیمیایی به تنهایی ۱۰ درصد

of the energy consumption.

از کل انرژی را مصرف می‌کند.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

همچنین ۲۰ درصد از انتشارات کربن صنایع را شامل می‌شود.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

این انتشارات از احتراق سوخت‌های فسیلی ایجاد می‌شوند

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

که برای تولید حرارت جهت انجام فرآیند قدیمی و ناکارآمد

and inefficient chemical plants.

کارخانه‌های شیمیایی مورد نیاز است.

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

یک راه برای حل مشکل، استفاده از برق

instead of heat from fossil fuels

به جای حرارت حاصل از سوخت‌های فسیلی

to drive the processes inside of these plants.

برای انجام فرآیندهای درون این کارخانه‌هاست.

Sounds easy enough, right?

آسان به نظر می‌رسد، درست است؟

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

لوله‌های گاز طبیعی را قطع کنیم و سیم‌های برق را وصل کنیم،

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

و مطمئن شویم که منبع برق از منبع تمیزی مثل خورشید،

wind or nuclear.

باد یا هسته‌ای می‌آید.

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

متاسفانه در واقعیت بسیار سخت‌تر از این است.

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

باید واکنش‌های شیمیایی جدیدی را عرضه کنیم

that can source their energy directly from electricity.

که انرژی خود را مستقیماً از برق تأمین کند.

These are called electrochemical reactions.

که به آن واکنش‌های الکتروشیمیایی می‌گویند.

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

و این چیزی است که گروه پژوهشی من در دانشگاه نیویورک بر آن متمرکز است.

figuring out electrochemical paths

یافتن مسیرهایی الکتروشیمیایی

that can create direct links between clean electricity and molecules.

که بتواند ارتباط مستقیمی بین برق تمیز و مولکول‌ها ایجاد کند.

In electrochemical reactions,

در واکنش‌های الکتروشیمیایی،

heat is replaced by electricity as an energy source.

گرما توسط برق بعنوان منبع حرارت جایگزین می‌شود.

This allows us to operate reactors

از این طریق می‌توانیم رآکتورها را راه‌اندازی کنیم

and carry out reactions at room temperature

و واکنش‌ها را در دمای اتاق

with minimal energy losses.

با حداقل اتلاف انرژی انجام دهیم.

But the problem is

اما مشکل این است

that for electrochemical reactions to become viable,

که برای توجیه‌پذیر بودن واکنش‌های الکتروشیمیایی

they will need to be more efficient and cost competitive

باید پربازده‌تر و از لحاظ هزینه رقابتی‌تر باشند

than the heat-powered ones that we use today.

از روش‌های حرارتی که امروز در حال انجام است.

That means that electrochemical reactors

یعنی رآکتورهای الکتروشیمیایی

will need to transform raw materials into products

می‌بایست مواد خام را به محصولات

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

به صورت پربازده، با حداقل اتلاف و بسیار انتخاب‌پذیر تبدیل کنند.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

در این حالت کارخانه‌های شیمیایی انگیزه خواهند داشت

to switch to electrochemical production processes

که به سمت فرآیندهای الکتروشیمیایی حرکت کنند

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

به جای راه‌اندازی کارخانه‌های شیمیایی سوخت فسیلی جدید.

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

در تحقیقاتمان، با نگاه به واکنشی شروع کردیم

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

که دارد یکی از مهمترین پلیمرهای جهان را می‌سازد:

Nylon 66.

نایلون ۶۶.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

سالانه بیش از ۵ میلیون تن انواع نایلون

are produced every year.

در جهان تولید می‌شود.

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

و از بین اینها دو میلیون تن مربوط به نایلون ۶۶ است.

And these are used to make things like the textile fibers

و اینها برای ساخت چیزهایی مثل نخ‌های نساجی

that we use in our winter jackets

که در لباس‌های زمستانی کاربرد دارد

or the plastic car parts

یا در قطعات پلاستیکی خودرو

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

که موجب می‌شود خودرو سبک‌تر و کم‌مصرف‌تر شود استفاده می‌شود.

Through our research,

طی تحقیق‌مان،

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

ما ترتیبی دادیم تا ترکیبات واکنش الکتروشیمیایی را تعیین کنیم

with the right additives and voltages

با افزودنی‌ها و ولتاژ صحیح

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

تا بسیار گزینشی بتواند مواد خام را به مواد پیش‌ساخت نایلون تبدیل کند.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

ما به صورت گزینشی به بیش از ۸۰ درصد نایل شدیم،

a value that is on par with commercial reactors.

مقداری که در رآکتورهای تجاری نقطه تعادل است.

But we didn't stop there.

اما اینجا متوقف نشدیم.

While most electrochemical reactions operate

در حالی که بیشتر واکنش‌های الکتروشیمیایی

with a constant stream of electrical currents,

با جریان ثابتی از الکتریسیته عمل می‌کنند،

we knew that if we control the interactions

ما می‌دانستیم اگر برهم‌کنش‌های بین

between the electricity input and molecules,

برق ورودی و مولکول‌ها را کنترل کنیم،

we could achieve a higher performance.

می‌توانیم به کارایی بالاتری دست یابیم.

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

برای این کار، تصمیم گرفتیم پالس‌های متفاوت الکتریکی را بررسی کنیم

in the search for the right pulse sequence

تا توالی درست پالس‌ها را پیدا کنیم

that will deliver electrons at the same rate

که الکترون‌ها را با همان سرعتی تحویل دهد

that molecules could react.

که مولکول‌ها می‌توانند واکنش دهند.

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

چون پالس‌های بسیار زیادی برای آزمایش نیاز داشتیم،

we decided to then use a few number of results

تصمیم گرفتیم تعداد کمی از نتایج حاصله

from different pulses to train machine-learning models

از پالس‌های مختلف را برای مدل‌های ماشین لرنینگ استفاده کنیم

that then help us identify the appropriate pulse sequence

تا به ما کمک کند توالی پالس مناسب برای این واکنش را

for this reaction.

تعیین کنیم.

This was the first time

این اولین بار بود

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

که هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی یک واکنش الکتروشیمیایی استفاده می‌شد،

and the pulse sequence that we discovered

و توالی پالسی که کشف کردیم

allows us to increase by 30 percent

به ما امکان داد که سرعت این رآکتورها را

the production rate of these reactors.

تا ۳۰ درصد افزایش دهیم.

These large improvements in efficiency,

این بهبود چشمگیر در بازده،

selectivity and production rates are very important

انتخاب‌پذیری و سرعت تولید، بسیار مهم هستند

because they will ensure

زیرا این عوامل تضمین می‌کنند

that electrochemical reactions are competitive

که واکنش‌های الکتروشیمیایی می‌توانند رقابت کنند

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

با واکنش‌های مصرف‌کننده سوخت فسیلی که پیشاپیش بسیار بهینه شده‌اند.

But hey, nylon is only one molecule

اما نایلون فقط یک مولکول

in a network of tens of thousands of chemical products,

در شبکه‌ای از ده‌ها هزار محصولات شیمیایی است،

many of which you see in this diagram,

که بسیاری از آنها را در این نمودار می‌بینید،

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

و بسیاری از آنها در زندگی روزمره ما رایج هستند.

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

به پلاستیک‌هایی که برای ساخت رایانه‌ها و تلفن‌ها استفاده می‌شود فکر کنید،

or the pane that covers the walls around us,

یا قاب‌هایی که دیوارهای اطراف ما را می‌پوشانند،

or the medicines that help us live a healthy life.

یا داروهایی که به ما زندگی سالم می‌بخشند.

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

ما قرار است همه اینها را در سی سال آینده کربن‌زدایی کنیم.

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

یعنی باید کشف کنیم،

develop and deploy chemical processes much faster

توسعه دهیم و عملیاتی کنیم فرآیندهای شیمیایی بسیار سریعتر از فرآیندهایی

than we did in the past century.

که در قرن گذشته انجام داده‌ایم.

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

برای این هدف، گروه من در دانشگاه نیویورک هوش مصنوعی را

with autonomous research tools

با ابزارهای پژوهشی خودکار ترکیب می‌کند

to run hundreds to thousands of experiments per day.

تا صدها الی هزاران آزمایش را در روز انجام دهند.

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

با این روش، امیدواریم زمان لازم از ایده تا کشف را

by more than 100 times.

بیش از صد برابر کاهش دهیم.

Beyond nylon,

غیر از نایلون،

we're also looking into production processes

ما به فرآیندهای تولید برای ساخت

to manufacture other chemicals

دیگر مواد شیمیایی هم نظر داریم

like ethylene and propylene.

از قبیل اتیلن و پروپیلن.

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

اینها مهمترین پیش‌سازنده‌های بیشتر پلاستیک‌های جهان هستند.

Through electrochemistry,

از طریق الکتروشیمی،

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

ما ترتیبی داده‌ایم تا انرژی‌بر‌ترین مراحل فرآیند تولید این مواد شیمیایی را

on the production process of these chemicals:

برقی کنیم:

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

دسته‌ای از فرآیندهایی که به تنهایی بخش قابل توجهی از انرژی مورد نیاز

in the chemical manufacturing industry.

در صنعت تولید مواد شیمیایی را شامل می‌شوند.

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

ما همچنین داریم در مورد نحوه ساخت مواد شیمیایی

and the chemicals supply chain,

و زنجیره تامین مواد بازبینی می‌کنیم،

by developing new processes

و فرآیندهای جدیدی توسعه می‌دهیم

that can use and transform food waste into the chemicals

که می‌تواند پسماندهای غذایی را به موادی تبدیل کند

that we make today from oil.

که هم اکنون از نفت تولید می‌شوند.

This can be done by extracting molecules from waste streams

این کار با استخراج مولکول‌ها از جریان‌های فاضلاب می‌تواند انجام شود

and using them as precursors to things like plastics,

و از آنها بعنوان پیش‌ماده‌هایی استفاده شود برای تولید چیزهایی چون پلاستیک،

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

افزودنی، لوازم آرایشی، داروها،

and many more.

و بسیاری دیگر.

And in this way,

و از این طریق،

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

پایداری تولید مواد شیمیایی را بهبود بیشتری بخشد.

The chemical industry is central to our modern economy

صنایع شیمیایی در اقتصاد مدرن ما

and to our ways of life.

و در سبک زندگی ما نقش محوری دارد.

Decarbonizing it will take us several decades.

کربن‌زدایی این صنعت چند دهه زمان می‌برد.

This will include things like

این کار مواردی را شامل می‌شود از قبیل

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

تکمیل و بروزرسانی کارخانه‌های شیمیایی به نحوی که بتوانند مستقیما برق مصرف کنند،

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

گرفتن و جدا کردن دی‌اکسیدکربن هنگامی که از دودکش‌ها خارج می‌شود،

and more importantly,

و مهمتر اینکه،

developing new chemical processes that are more efficient

توسعه فرآیندهای شیمیایی جدید که پربازده‌تر باشند

and can source electricity directly from clean sources.

و بتوانند برق را مستقیم از منابع تمیز مصرف کنند.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

با شتاب پژوهش در تولید الکتروشیمیایی،

my team aims to develop some of these reactions

گروه من به توسعه این واکنش‌ها امیدوار است

and in this way help to transform the chemical industry

و از این طریق کمک می‌شود که صنعت شیمیایی به یک واکنش

one reaction at a time.

در یک زمان تبدیل شود.

When we get there,

وقتی به این نقطه برسیم،

we will have been able to erase the carbon footprint

قادر خواهیم بود آثار کربن را

of the chemical industry.

از صنعت شیمیایی پاک کنیم.

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

و اگرچه نخواهیم توانست یخچال‌های استوایی را برگردانیم

we will have helped to develop a sustainable path

ولی کمک خواهیم کرد مسیری پایدار برای

for the future of our planet.

آینده زمین توسعه دهیم.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق)