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

번역: Eugene (Yujin) Hwang 검토: Yujin Son

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

저는 베네수엘라의 카라카스에서 나고 자랐습니다.

back in the '80s and '90s.

80년대, 90년대 이야기죠.

Venezuela is a beautiful country,

베네수엘라는 해변에서 열대우림까지

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

천연기념물이 풍부한 아름다운 나라입니다.

But one thing that people don't quite realize

하지만 사람들이 잘 모르는 한 가지 사실은

is that we also have really tall mountains.

우리에게는 아주 높은 산들이 있다는 점입니다.

These are part of the Andes,

이것들은 안데스 산맥의 일부이며

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

칠레에서 아르헨티나까지 뻗어있습니다.

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

그리고 세계에 몇 없는 열대 빙하의

in the world.

서식지이기도 합니다.

Back in 1910, when the first map was drawn,

첫 지도가 그려진 1910년대에

Venezuela used to have five tropical glaciers,

베네수엘라에는 열대 빙하가 다섯 개 있었고

which we used to call the five white eagles.

“다섯 마리 하얀 독수리”라고 불리곤 했습니다.

Today, unfortunately, there's only one left,

불행하게도 오늘날에는 하나만이 남아있고

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

뉴욕 시의 센트럴 파크보다도 작은 영역을 덮고 있습니다.

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

우리가 주변에서 추출하는 “이 자원”의 사용 때문에

that we extract not too far from them:

이 빙하들은 사라지고 있습니다.

oil.

바로 원유죠.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

베네수엘라인으로서 저와 원유의 관계는 복잡합니다.

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

한편으로는 원유가 이 나라의 발전과 문명화를

as well as human civilization.

도운 자원이기는 하지만,

On the other hand,

다른 한편으로는,

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

서서히 하지만 확실히 실존적 위협을 가속화한 자원이기도 합니다.

Climate change.

기후 변화라는 위협이죠.

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

우리는 이제 알고 있습니다.

기후 변화가 불러올 최악의 영향을 피하려면

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

우리의 모든 행동과 우리 주변의 모든 것을

and everything that surrounds us.

‘탈탄소화’ 해야 한다는 사실을요.

And to do that within the next three decades.

그리고 30년 안에 해결해야 합니다.

These include things like transitioning from oil, natural gas

탈탄소화 과정에는 원유, 천연가스에서

to clean sources of electricity;

청정 자원인 전기로의 전이,

electrifying all of our vehicles;

모든 운송수단의 전기화,

rethinking the way that we make our buildings and cities.

건물과 도시를 건설하는 방식을 재검토하는 과정이 포함됩니다.

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

좋은 소식은 우리가 해당 기술을 이미 보유하고 있다는 것입니다.

And legislation to frame and direct this effort

이런 시도의 틀을 잡고 지휘할 수 있는 입법화가

is starting to be put in place.

추진되는 중입니다.

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

나쁜 소식은 우리가 이런 모든 조치를 취해도

it will still not be enough.

충분하지 않다는 것입니다.

There are still large sectors of our economy

아직 기술을 갖고 있지 못하지만

that will need to be decarbonized

탈탄소화가 꼭 필요한

for which we don't have the technology yet.

큰 분야가 아직 남아있습니다.

These include the things like manufacturing processes

우리 주변의 모든 것을 만들 때 사용되는

that are used to make everything that surrounds us,

제조 공정이 이에 해당합니다.

from the cement and steel that holds our buildings together

건물을 지탱하고 있는 시멘트와 철강에서부터

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

일상적으로 쓰는 물건의 생산에 사용되는 화학 물질과 재료들까지

that we use in our daily lives.

다양하죠.

Things like the chair that you're sitting in,

여러분이 지금 앉아있는 의자,

your shoes, the cars that you use,

매일 신는 신발이나 매일 타는 자동차,

and all the devices that we use every day.

매일 사용하는 모든 기기도 마찬가지입니다.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

전체 에너지 소비량 중 화학 제조 산업이

of the energy consumption.

무려 10%를 차지합니다.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

탄소 배출량은 20%입니다.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

이런 방출량이 생기는 원인은

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

오래되고 비효율적인 화학 공장에서 공정을 운영할 때 필요한 열을 생산하기 위해

and inefficient chemical plants.

화석 연료를 연소하기 때문입니다.

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

공정을 운영할 때 공장 내부에서

instead of heat from fossil fuels

화석 연료 대신 전기를 사용한다면

to drive the processes inside of these plants.

이 문제를 해결할 수 있을 것입니다.

Sounds easy enough, right?

쉬운 이야기처럼 들리죠?

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

천연 가스 파이프를 제거하고 전선을 연결하면 될까요?

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

전기 원료가 태양, 바람, 원자력처럼

wind or nuclear.

청정 원료이기만 하면 될까요?

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

불행하게도 현실은 이것보다 훨씬 어렵습니다.

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

새로운 화학 반응을 생각해내야 합니다.

that can source their energy directly from electricity.

전기에서 바로 에너지를 얻을 수 있게요.

These are called electrochemical reactions.

이 과정을 전기화학 반응이라고 부릅니다.

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

뉴욕 대학교의 제 연구단이 바로 이 분야를 연구하고 있습니다.

figuring out electrochemical paths

청정 전기와 분자를 직접 연결하는

that can create direct links between clean electricity and molecules.

전기화학적 경로를 만들어내는 것이죠.

In electrochemical reactions,

전기화학 반응에서

heat is replaced by electricity as an energy source.

에너지 원천 역할을 하는 열이 전기로 대체됩니다.

This allows us to operate reactors

이 과정에서 반응기가 작동하고

and carry out reactions at room temperature

상온 조건에서 반응이 일어나게 됩니다.

with minimal energy losses.

에너지 손실도 최소화하고요.

But the problem is

하지만 문제는

that for electrochemical reactions to become viable,

전기화학 반응이 성공하려면

they will need to be more efficient and cost competitive

오늘날 사용하는 열 작동 방식보다

than the heat-powered ones that we use today.

더 효율적이고 비용적인 면에서 유리해야 할 것입니다.

That means that electrochemical reactors

그 말은 즉슨 전기화학 반응기가

will need to transform raw materials into products

원료에서 상품으로 변할 때 공정이 매우 효율적이어야 하고,

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

비용이 최소화되어야 하며, 선택적으로 반응해야한다는 뜻입니다.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

그러면 이것은 화학 제조사들이

to switch to electrochemical production processes

새로운 화석 연료 화학 플랜트를 세우는 것 대신에

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

전기화학 생산 프로세스로 바꾸도록 장려할 것입니다.

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

저희의 연구는 세계적으로 너무나 중요한 고분자를

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

생산할 때 쓰이는 한 화학 반응을 들여다보는 것으로 시작되었습니다.

Nylon 66.

바로 나일론 66입니다.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

매년 500만 톤이 넘는 각종 나일론이

are produced every year.

생산됩니다.

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

그 중 200만 톤이 나일론 66입니다.

And these are used to make things like the textile fibers

이것들을 사용해서

that we use in our winter jackets

방한용 외투에 쓰이는 직물용 섬유나

or the plastic car parts

차체가 가벼워지고 연비가 좋아지게 하는

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

플라스틱 자동차 부품을 만듭니다.

Through our research,

연구를 통해서

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

우리는 적절한 첨가제와 전압을 조합하여 마침내

with the right additives and voltages

전기화학 반응 혼합물을 찾아내고 말았습니다.

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

아주 선택적으로 원료를 나일론 전구체로 변환시킬 수 있는 방식이었죠.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

우리는 선택도를 80퍼센트 이상 달성했습니다.

a value that is on par with commercial reactors.

이는 상업용 반응기와도 대등한 수준입니다.

But we didn't stop there.

하지만 우리는 거기서 멈추지 않았어요.

While most electrochemical reactions operate

대부분 전기화학반응이

with a constant stream of electrical currents,

전류의 흐름이 일정할 때 일어나는데

we knew that if we control the interactions

만약에 전력 공급과 분자 사이의 상호작용을

between the electricity input and molecules,

조절할 수 있다면

we could achieve a higher performance.

성능이 더 향상될 것이라고 생각했습니다.

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

그래서 우리는 적당한 펄스 연쇄를 찾으려고

in the search for the right pulse sequence

여러 다른 전기 펄스를 탐구하기 시작했습니다.

that will deliver electrons at the same rate

분자가 반응할 수 있는 속도와 같은 속도로

that molecules could react.

전자를 전달해야 했죠.

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

시험해보아야 할 펄스가 너무 많아서

we decided to then use a few number of results

여러 펄스에서 얻은 결과값을 사용해서

from different pulses to train machine-learning models

기계 학습 모형을 훈련하고

that then help us identify the appropriate pulse sequence

이 반응에 적절한 펄스 연쇄를

for this reaction.

찾으려고 했습니다.

This was the first time

최초로

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

인공지능이 전기화학 반응을 최적화하는 데 쓰인 겁니다.

and the pulse sequence that we discovered

그리고 우리가 발견한 펄스 연쇄 덕분에

allows us to increase by 30 percent

이 반응기들의 생산율을

the production rate of these reactors.

30퍼센트까지 끌어올릴 수 있었어요.

These large improvements in efficiency,

효율성, 선택도, 생산율에서의

selectivity and production rates are very important

이토록 큰 개선은 매우 중요합니다.

because they will ensure

왜냐하면 그것들이

that electrochemical reactions are competitive

전기화학 반응이 이미 매우 최적화되어있는

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

화석 연료 반응 만큼이나

경쟁력이 있다는 것을 보장할 것이기 때문입니다.

But hey, nylon is only one molecule

하지만 여러분, 나일론은 고작 하나의 분자에 불과하고

in a network of tens of thousands of chemical products,

수천만개의 화학 제품의 연결망 중 하나에 속할 뿐입니다.

many of which you see in this diagram,

이 도표에 보이는 수많은 제품

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

그리고 일상생활에서 쉽게 만나는 제품들입니다.

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

컴퓨터나 핸드폰을 만드는 데 쓰이는 플라스틱을 떠올려보세요.

or the pane that covers the walls around us,

주변의 벽을 덮고 있는 창이나

or the medicines that help us live a healthy life.

건강한 삶을 살게 도와주는 약물들도 마찬가지입니다.

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

향후 30년 내로 우리는 이 모든 것을 탈탄소화해야 할 겁니다.

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

무슨 의미인가 하면 우리가 화학 반응을

develop and deploy chemical processes much faster

발견하고 개발하고 사용하는 과정이

than we did in the past century.

과거보다 훨씬 빨라져야 한다는 거죠.

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

그러기 위해 뉴욕대학교의 제 그룹은 인공지능과

with autonomous research tools

자체 연구 도구를 결합하여

to run hundreds to thousands of experiments per day.

하루에 수백에서 수천개에 달하는 실험을 하고 있습니다.

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

이렇게 해서 우리는 아이디어에서 발견으로 넘어가는 시간을

by more than 100 times.

백 배 이상 줄이려고 합니다.

Beyond nylon,

나일론을 넘어

we're also looking into production processes

우리는 다른 화학물질을 제조하는

to manufacture other chemicals

생산 과정도 조사하고 있습니다.

like ethylene and propylene.

에틸렌이나 프로필렌 같은 물질을요.

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

이것들은 세상의 플라스틱 대부분의 주요 전구체입니다.

Through electrochemistry,

전기화학을 통해

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

이 화학 물질들의 생산 과정에서 가장 에너지 집약적인 단계를

on the production process of these chemicals:

우리는 이미 전기화 해냈습니다.

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

화학 제조 산업에서 이 연속적 과정들에서만

in the chemical manufacturing industry.

상당한 양의 에너지를 쓰고 있죠.

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

우리는 화학 물질과 그 공급망을 만드는 방식도

and the chemicals supply chain,

재고하고 있습니다.

by developing new processes

음식물 쓰레기를 사용해서

that can use and transform food waste into the chemicals

우리가 오늘날 원유에서 만들어내는 화학 물질로 변환하는

that we make today from oil.

새로운 생산 과정을 개발해서요.

This can be done by extracting molecules from waste streams

이 과정은 쓰레기 흐름에서 분자를 추출하고

and using them as precursors to things like plastics,

그것들을 플라스틱, 첨가제, 화장품, 의약품

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

혹은 그 이상 물질의 전구체로 사용하면

and many more.

가능해집니다.

And in this way,

이 방법으로

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

화학 제조산업이 지속가능성을 더욱 강화할 수 있죠.

The chemical industry is central to our modern economy

화학 산업은 현대 경제와 우리의 생활방식의

and to our ways of life.

중심이 됩니다.

Decarbonizing it will take us several decades.

우리가 그것을 탈탄소화 하는 데는 수십년이 걸릴 것입니다.

This will include things like

이 과정에는 그것들이 전기를 직접적으로 사용할 수 있도록

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

화학 플랜트를 개조하는 것과

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

연도 가스 굴뚝 밖으로 빠져나오는 이산화탄소를 포집하고 격리하는 것과

and more importantly,

더 중요하게는

developing new chemical processes that are more efficient

더욱 효율적인 화학 공정을 개발하는 것,

and can source electricity directly from clean sources.

청정 자원에서 전기를 직접적으로 얻을 수 있는 공정 개발 과정이 포함됩니다.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

전기화학적 제조에서의 연구를 가속화함으로써

my team aims to develop some of these reactions

제 팀은 이런 반응 일부를 개발하는 것과

and in this way help to transform the chemical industry

이런 방식으로 화학 산업을 변화시키는 것을 목표로 합니다.

one reaction at a time.

한번에 한 반응씩 말이죠.

When we get there,

우리가 해낸다면

we will have been able to erase the carbon footprint

화학 산업의 탄소 발자국을

of the chemical industry.

지울 수 있을 겁니다.

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

그래서 사라진 열대 빙하를 되살릴 수는 없어도

we will have helped to develop a sustainable path

우리 행성의 미래를 위해 지속 가능한 경로를

for the future of our planet.

개발하는 것은 도울 수 있을 겁니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)