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

Traduttore: Roberta Zanella Revisore: Gabriella Patricola

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

Sono nato e cresciuto a Caracas, in Venezuela,

back in the '80s and '90s.

negli anni ’80 e ’90.

Venezuela is a beautiful country,

Il Venezuela è bellissimo,

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

ricco di tesori naturali, dalle spiagge alle foreste.

But one thing that people don't quite realize

Ma ciò di cui non ci si rende davvero conto

is that we also have really tall mountains.

è che abbiamo anche montagne altissime.

These are part of the Andes,

Fanno parte delle Ande

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

e si estendono fino a Cile e Argentina.

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

Ospitano anche alcuni dei pochi ghiacciai tropicali del mondo.

in the world.

Back in 1910, when the first map was drawn,

Nel 1910, quando è stata creata la prima mappa,

Venezuela used to have five tropical glaciers,

il Venezuela aveva cinque ghiacciai tropicali,

which we used to call the five white eagles.

che chiamavamo le cinque aquile bianche.

Today, unfortunately, there's only one left,

Oggi, sfortunatamente, ne è rimasto solo uno,

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

copre un’area più piccola di Central Park a New York City.

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

Questi ghiacciai stanno sparendo perché usiamo una risorsa

that we extract not too far from them:

che si estrae poco lontano:

oil.

il petrolio.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

Da venezuelano, il rapporto con il petrolio è complicato.

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

Da una parte, si tratta della risorsa che ha aiutato lo sviluppo del paese,

as well as human civilization.

e anche la civilizzazione umana.

On the other hand,

Dall’altra,

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

è una risorsa che poco a poco alimenta una minaccia esistenziale.

Climate change.

Il cambiamento climatico.

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

Ora sappiamo che per evitare i peggiori danni del cambiamento climatico,

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

dovremo de-carbonizzare tutte le attività

and everything that surrounds us.

e ciò che ci circonda.

And to do that within the next three decades.

E di riuscirvi entro i prossimi tre decenni.

These include things like transitioning from oil, natural gas

Questo include la transizione da petrolio e gas naturale

to clean sources of electricity;

verso fonti pulite d’elettricità;

electrifying all of our vehicles;

elettrificare tutti i veicoli;

rethinking the way that we make our buildings and cities.

ripensare il modo di costruire edifici e città.

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

La cosa positiva è che già esistono tecnologie per alcune di queste cose.

And legislation to frame and direct this effort

Le leggi per inquadrare e dirigere questi sforzi

is starting to be put in place.

sono in attuazione.

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

La cosa negativa è che, pur facendo tutto questo,

it will still not be enough.

non sarà abbastanza.

There are still large sectors of our economy

Ci sono grandi settori dell’economia

that will need to be decarbonized

da decarbonizzare

for which we don't have the technology yet.

per i quali non abbiamo ancora la tecnologia.

These include the things like manufacturing processes

Ad esempio i processi manifatturieri

that are used to make everything that surrounds us,

usati per produrre quel che ci circonda,

from the cement and steel that holds our buildings together

dal cemento e acciaio che sostengono gli edifici

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

ai prodotti chimici e materiali usati per i prodotti di tutti i giorni.

that we use in our daily lives.

Things like the chair that you're sitting in,

Oggetti come la sedia dove siete seduti,

your shoes, the cars that you use,

le scarpe, le macchine che usate,

and all the devices that we use every day.

e i dispositivi che usate ogni giorno.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

L’industria manifatturiera chimica da sola ricopre il 10% del consumo energetico.

of the energy consumption.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

E il 20% delle emissioni industriali di carbonio.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

Queste emissioni derivano dalla combustione di combustibili fossili

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

per produrre calore per il funzionamento di vecchi e inefficienti impianti chimici.

and inefficient chemical plants.

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

Un modo per iniziare a risolvere il problema sarebbe usare l’elettricità

instead of heat from fossil fuels

al posto di calore da combustibili

to drive the processes inside of these plants.

per i processi in questi impianti.

Sounds easy enough, right?

Sembra facile, no?

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

Basta chiudere i gasdotti, attaccare la presa elettrica

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

e assicurarsi che l’elettricità derivi da fonti pulite

come solare, eolica o nucleare.

wind or nuclear.

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

Sfortunatamente, la realtà è molto più difficile.

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

Dovremo pensare a nuove reazioni chimiche

that can source their energy directly from electricity.

che possano ottenere energia direttamente dall’elettricità.

These are called electrochemical reactions.

Si tratta delle reazioni elettrochimiche.

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

È il focus del mio gruppo di ricerca alla New York University:

figuring out electrochemical paths

trovare una via elettrochimica

that can create direct links between clean electricity and molecules.

che crei collegamenti diretti tra elettricità pulita e molecole.

In electrochemical reactions,

Nelle reazioni elettrochimiche,

heat is replaced by electricity as an energy source.

l’elettricità sostituisce il calore come fonte energetica.

This allows us to operate reactors

Questo permette di attivare i reagenti

and carry out reactions at room temperature

e ottenere reazioni a temperatura ambiente

with minimal energy losses.

con perdite energetiche minime.

But the problem is

Il problema è che per rendere utilizzabili le reazioni elettrochimiche,

that for electrochemical reactions to become viable,

they will need to be more efficient and cost competitive

dovranno essere più efficienti e a costi più competitive

than the heat-powered ones that we use today.

di quelle che usiamo oggi, che usano il calore.

That means that electrochemical reactors

Significa che i reagenti elettrochimici

will need to transform raw materials into products

dovranno trasformare i materiali grezzi in prodotti

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

con molta efficienza, con scarti minimi e in modo mirato.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

A sua volta, questo incentiva le aziende chimiche

to switch to electrochemical production processes

a passare a processi produttivi elettrochimici

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

al posto di implementare nuovi impianti a combustibili fossili.

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

Nella ricerca, abbiamo iniziato osservando una reazione chimica

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

usate per produrre uno dei polimeri più importanti al mondo:

Nylon 66.

Nylon 66.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

Più di 5 milioni di tonnellate di tutti i nylon vengono prodotti ogni anno.

are produced every year.

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

Di questi, due milioni sono di Nylon 66.

And these are used to make things like the textile fibers

Vengono usati per produrre fibre tessili

that we use in our winter jackets

usate per le giacche invernali

or the plastic car parts

o le componenti di plastica

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

che aiutano a rendere i veicoli leggeri e a basso consumo.

Through our research,

Con la ricerca,

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

siamo riusciti a identificare miscele di reazione elettrochimiche

with the right additives and voltages

con i giusti additivi e voltaggi

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

per trasformare materiali grezzi in precursori del nylon, in modo mirato.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

Abbiamo raggiunto più dell′80% di selettività,

a value that is on par with commercial reactors.

un valore simile a quello dei reagenti in commercio.

But we didn't stop there.

Non è tutto.

While most electrochemical reactions operate

Mentre molte reazioni elettrochimiche operano

with a constant stream of electrical currents,

con un costante flusso di corrente,

we knew that if we control the interactions

sapevamo che controllando le interazioni

between the electricity input and molecules,

tra apporti di elettricità e molecole,

we could achieve a higher performance.

potevamo ottenere una performance migliore.

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

Per farlo, abbiamo deciso di esplorare vari impulsi elettrici

in the search for the right pulse sequence

alla ricerca della sequenza giusta

that will deliver electrons at the same rate

per fornire elettroni con la stessa frequenza

that molecules could react.

necessaria alle molecole per reagire.

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

Essendoci moltissimi impulsi da testare,

we decided to then use a few number of results

abbiamo quindi deciso di usare alcuni risultati

from different pulses to train machine-learning models

di altri impulsi per formare modelli di apprendimento automatico

that then help us identify the appropriate pulse sequence

che ci aiutano a identificare la sequenza adatta

for this reaction.

per questa reazione.

This was the first time

È stata la prima volta

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

in cui l’intelligenza artificiale ha ottimizzato una reazione elettrochimica

and the pulse sequence that we discovered

e la sequenza che abbiamo scoperto

allows us to increase by 30 percent

ci permette di aumentare del 30%

the production rate of these reactors.

la produttività di questi reagenti.

These large improvements in efficiency,

Questi aumenti d’efficienza,

selectivity and production rates are very important

selettività e produttività sono molto importanti

because they will ensure

perché faranno sì che le reazioni elettrochimiche possano competere

that electrochemical reactions are competitive

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

con quelle a combustibili che sono già altamente ottimizzate.

But hey, nylon is only one molecule

Ma il nylon è solo una molecola

in a network of tens of thousands of chemical products,

in una rete di decine di migliaia di prodotti chimici,

many of which you see in this diagram,

molti dei quali sono in questo diagramma,

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

e molti dei quali sono comuni nella vita quotidiana.

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

Basti pensare alle plastiche usate per computer e telefoni,

or the pane that covers the walls around us,

sui pannelli che ricoprono i muri,

or the medicines that help us live a healthy life.

o per le medicine che ci aiutano a vivere sani.

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

Dovremo de-carbonizzare tutto entro i prossimi 30 anni.

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

Significa che dovremo scoprire, sviluppare e implementare

develop and deploy chemical processes much faster

processi chimici più velocemente che nello scorso secolo.

than we did in the past century.

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

A questo proposito, all’NYU

uniamo l’intelligenza artificiale con strumenti di ricerca automatizzati

with autonomous research tools

to run hundreds to thousands of experiments per day.

per eseguire centinaia di esperimenti ogni giorno.

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

Nella speranza di accorciare il tempo dall’idea alla scoperta

by more than 100 times.

di più di 100 volte.

Beyond nylon,

Oltre il nylon,

we're also looking into production processes

stiamo esaminando i processi produttivi

to manufacture other chemicals

di altri prodotti chimici

like ethylene and propylene.

come etilene e propilene.

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

Queste sono alla base di molte delle plastiche nel mondo.

Through electrochemistry,

Con l’elettrochimica,

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

siamo già riusciti a elettrificare gli step più energivori

on the production process of these chemicals:

nella produzione di questi elementi chimici:

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

un insieme di processi che da soli richiedono una grande quantità d’energia

in the chemical manufacturing industry.

all’interno dell’industria chimica.

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

Stiamo anche ripensando al modo di produrre questi elementi

and the chemicals supply chain,

e alla loro filiera,

by developing new processes

sviluppando nuovi processi

that can use and transform food waste into the chemicals

che possano usare e trasformare scarti alimentari in composti chimici

that we make today from oil.

che oggi derivano dal petrolio.

This can be done by extracting molecules from waste streams

È possibile farlo con l’estrazione di molecole dalle acque di scolo

and using them as precursors to things like plastics,

e usandole come precursori per plastiche,

additivi, cosmetici, farmaci e molto altro,

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

and many more.

And in this way,

Così,

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

migliora ulteriormente la sostenibilità nell’industria chimica.

The chemical industry is central to our modern economy

L’industria chimica è al centro della nostra economia

and to our ways of life.

e del nostro modo di vivere.

Decarbonizing it will take us several decades.

Per de-carbonizzarla serviranno decenni.

This will include things like

Dovremo fare cose come

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

riadattare gli impianti per l’uso diretto dell’elettricità,

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

catturare e assorbire la CO2 appena esce dagli scarichi,

and more importantly,

e, cosa più importante,

developing new chemical processes that are more efficient

sviluppare nuovi processi chimici più efficienti

and can source electricity directly from clean sources.

che si alimentino di elettricità derivante da fonti pulite.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

Accelerando la ricerca nell’industria elettrochimica,

my team aims to develop some of these reactions

il mio team punta a sviluppare alcune reazioni

and in this way help to transform the chemical industry

e così aiutare la trasformazione di quest’industria

one reaction at a time.

una reazione alla volta.

When we get there,

Quando ce la faremo,

we will have been able to erase the carbon footprint

saremo riusciti a cancellare l’impatto ambientale

of the chemical industry.

dell’industria chimica.

Nonostante non potremo riportare indietro i ghiacciai tropicali,

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

avremo aiutato lo sviluppo di una via sostenibile

we will have helped to develop a sustainable path

for the future of our planet.

per il futuro del pianeta.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)