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

Tradutor: Raissa Mendes Revisor: Custodio Marcelino

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

Nasci e cresci em Caracas, Venezuela, nas décadas de 1980 e 1990.

back in the '80s and '90s.

Venezuela is a beautiful country,

A Venezuela é um país lindo,

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

rico em tesouros naturais, de praias a florestas tropicais.

But one thing that people don't quite realize

Mas uma coisa que passa despercebida

is that we also have really tall mountains.

é que também temos montanhas altíssimas.

These are part of the Andes,

Elas fazem parte dos Andes, e se estendem do Chile e da Argentina.

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

E também são o lar de algumas das poucas geleiras tropicais do mundo.

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

in the world.

Em 1910, quando o primeiro mapa foi feito,

Back in 1910, when the first map was drawn,

Venezuela used to have five tropical glaciers,

a Venezuela tinha cinco geleiras tropicais

which we used to call the five white eagles.

que chamávamos de “as cinco águias brancas”.

Today, unfortunately, there's only one left,

Hoje, infelizmente, existe apenas uma,

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

que cobre uma área menor do que o Central Park em Nova York.

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

Essas geleiras desapareceram devido ao uso de um recurso

that we extract not too far from them:

que extraímos não muito longe delas:

oil.

o petróleo.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

Como venezuelano, meu relacionamento com o petróleo é complicado.

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

Por um lado, o petróleo é o recurso que ajudou meu país a se desenvolver,

as well as human civilization.

assim como a civilização humana.

On the other hand,

Por outro lado,

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

é um recurso que lenta mas constantemente alimenta uma ameaça à existência:

Climate change.

a mudança climática.

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

Sabemos agora que, para impedir os piores impactos da mudança climática,

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

vamos ter de descarbonizar tudo que fazemos

and everything that surrounds us.

e tudo que nos cerca.

And to do that within the next three decades.

E temos de fazer isso nas próximas três décadas.

These include things like transitioning from oil, natural gas

Isso inclui ações como transicionar do óleo e do gás natural

to clean sources of electricity;

para fontes limpas de eletricidade;

electrifying all of our vehicles;

eletrificando todos nossos veículos

rethinking the way that we make our buildings and cities.

e repensar o modo de construir nossos edifícios e cidades.

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

A boa notícia é que já existe a tecnologia para fazer algumas dessas coisas,

And legislation to frame and direct this effort

e a legislação para estruturar e dirigir esse esforço

is starting to be put in place.

está começando a ser estabelecida.

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

A notícia ruim é que, mesmo fazendo tudo isso,

it will still not be enough.

ainda não vai ser suficiente.

There are still large sectors of our economy

Há grandes setores de nossa economia que vão precisar ser descarbonizados

that will need to be decarbonized

for which we don't have the technology yet.

para os quais ainda não temos tecnologia.

These include the things like manufacturing processes

Isso inclui os processos de fabricação

that are used to make everything that surrounds us,

usados para fazer tudo o que nos cerca,

from the cement and steel that holds our buildings together

desde o cimento e o aço que sustentam nossas construções,

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

até os químicos e materiais que usamos para fazer produtos

that we use in our daily lives.

usados em nossa rotina.

Things like the chair that you're sitting in,

Coisas como a cadeira na qual você está sentado,

your shoes, the cars that you use,

seus sapatos, os carros que você usa,

and all the devices that we use every day.

e todos os aparelhos que usamos todos os dias.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

A indústria química sozinha é responsável por 10% do consumo de energia

of the energy consumption.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

e por 20% das emissões de carbono da indústria.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

Esses emissões vêm do uso da combustão de combustível fóssil

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

para gerar o calor necessário para ativar os processos

em nossas usinas químicas velhas e ineficientes.

and inefficient chemical plants.

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

Um modo de começar a solucionar essa questão vai ser usar eletricidade

instead of heat from fossil fuels

em vez do calor dos combustíveis fósseis

to drive the processes inside of these plants.

pra ativar os processos nessas usinas.

Sounds easy enough, right?

Parece fácil, né?

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

Basta desligar as tubulações de gás, ligar na tomada

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

e garantir a eletricidade de fontes limpas, como a solar,

wind or nuclear.

eólica ou nuclear.

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

Infelizmente, na realidade, é muito mais difícil do que isso.

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

Vamos ter de inventar novas reações químicas

that can source their energy directly from electricity.

que possam captar energia diretamente da eletricidade.

These are called electrochemical reactions.

Essas são chamadas reações eletroquímicas.

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

E é nisso que minha equipe de pesquisa na Universidade de Nova York está focando:

figuring out electrochemical paths

descobrir caminhos eletroquímicos

that can create direct links between clean electricity and molecules.

que possam criar links diretos entre eletricidade limpa e moléculas.

In electrochemical reactions,

Em reações eletroquímicas,

heat is replaced by electricity as an energy source.

o calor é substituído por eletricidade como fonte de energia.

This allows us to operate reactors

Isso nos permite operar reatores

and carry out reactions at room temperature

e realizar reações em temperatura ambiente

with minimal energy losses.

com perdas mínimas de energia.

But the problem is

Mas o problema é

that for electrochemical reactions to become viable,

que, para as reações eletroquímicas se tonarem viáveis,

they will need to be more efficient and cost competitive

vão precisar ser mais eficientes e mais competitivas no custo

than the heat-powered ones that we use today.

do que as alimentadas por calor que usamos hoje.

That means that electrochemical reactors

Isso significa que reatores eletroquímicos

will need to transform raw materials into products

vão precisar transformar matéria bruta em produtos

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

de modo muito eficiente, com desperdício mínimo e muito seletivamente.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

Isso então, por sua vez, incentiva fabricantes químicos

to switch to electrochemical production processes

a mudar para processos eletroquímicos de produção.

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

Em vez de desenvolver novas fábricas químicas de combustível fóssil.

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

Em nossa pesquisa, começamos estudando uma reação química

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

que é usada para fazer um dos polímeros mais importantes no mundo:

Nylon 66.

Nylon 66.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

Mais de 5 milhões de toneladas de todo tipo de nylon

are produced every year.

são produzidos todo ano.

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

E desses, 2 milhões de toneladas são de Nylon 66.

And these are used to make things like the textile fibers

E eles são usados para fazer coisas como as fibras têxteis

that we use in our winter jackets

que usamos em nossas jaquetas de frio

or the plastic car parts

ou as peças plásticas de carros

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

que ajudam tornar nossos veículos mais leves e econômicos.

Through our research,

Em nossa pesquisa,

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

conseguimos identificar combinações de reações eletroquímicas

with the right additives and voltages

com aditivos e voltagem adequados

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

e transformar matéria bruta em precursores de nylon muito seletivamente.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

Conseguimos atingir seletividade de mais de 80%,

a value that is on par with commercial reactors.

um valor compatível com reatores comerciais.

But we didn't stop there.

Mas não paramos ali.

While most electrochemical reactions operate

Enquanto a maioria das reações eletroquímicas

operam com um fluxo constante de correntes elétricas,

with a constant stream of electrical currents,

we knew that if we control the interactions

sabíamos que, se controlássemos

as interações entre a entrada de eletricidade e moléculas,

between the electricity input and molecules,

we could achieve a higher performance.

poderíamos alcançar um desempenho maior.

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

Para tanto, decidimos começar a explorar pulsos elétricos diferentes

in the search for the right pulse sequence

em busca da correta sequência de pulso

that will deliver electrons at the same rate

que entregasse elétrons na mesma taxa

that molecules could react.

de modo que as moléculas pudessem reagir.

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

Já que havia tantos pulsos a testar,

we decided to then use a few number of results

decidimos então usar alguns resultados

from different pulses to train machine-learning models

de diferentes pulsos para treinar modelos de aprendizado de máquina

that then help us identify the appropriate pulse sequence

que então nos ajudassem a identificar a sequência de pulso adequada

for this reaction.

para essa reação.

This was the first time

Essa foi a primeira vez

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

que a inteligência artificial foi usada para otimizar uma reação eletroquímica.

and the pulse sequence that we discovered

e a sequência de pulso que descobrimos

allows us to increase by 30 percent

nos permite aumentar em 30% a taxa de produção desses reatores.

the production rate of these reactors.

These large improvements in efficiency,

Essas grandes melhorias em eficiência,

selectivity and production rates are very important

seletividade e taxas de produção são muito importantes

because they will ensure

pois elas vão assegurar

that electrochemical reactions are competitive

que reações eletroquímicas são competitivas

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

com as ativadas por combustíveis fósseis, que são altamente otimizadas.

But hey, nylon is only one molecule

Mas, veja, o nylon é apenas uma molécula

in a network of tens of thousands of chemical products,

numa rede de milhares de produtos químicos,

many of which you see in this diagram,

muitos dos quais vemos neste diagrama,

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

e muitos dos quais são ocorrências comuns em nossa vida diária.

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

Basta pensarmos nos plásticos usados pra fazer computadores e telefones,

or the pane that covers the walls around us,

ou as tintas que cobrem as paredes ao nosso redor,

or the medicines that help us live a healthy life.

ou os remédios que nos ajudam a ter uma vida mais saudável.

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

Vamos ter de descarbonizar tudo dentro dos próximos 30 anos.

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

Isso significa que vamos ter de descobrir,

develop and deploy chemical processes much faster

desenvolver e utilizar processos químicos muito mais rápido

than we did in the past century.

do que fizemos no século passado.

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

Nesse aspecto, meu grupo na NYU está combinando inteligência artificial

with autonomous research tools

com ferramentas de pesquisa autônomas

to run hundreds to thousands of experiments per day.

para fazer centenas a milhares de experimentos por dia.

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

Desse modo, esperamos diminuir o tempo da ideia para a descoberta

by more than 100 times.

mais de 100 vezes.

Beyond nylon,

Além do nylon,

we're also looking into production processes

também estamos pesquisando processos de produção

to manufacture other chemicals

para manufaturar outros químicos, como etileno e propileno.

like ethylene and propylene.

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

Trata-se dos principais precursores da maioria dos plásticos no mundo.

Through electrochemistry,

Através da eletroquímica,

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

já conseguimos eletrificar os passos mais intensos de energia

on the production process of these chemicals:

no processo de produção desses químicos:

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

uma série de processos que contam por uma quantidade substancial de energia

in the chemical manufacturing industry.

na indústria de manufatura química.

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

Também estamos repensando

o modo de fabricar os químicos e a cadeia de suprimentos químicos,

and the chemicals supply chain,

by developing new processes

desenvolvendo novos processos

that can use and transform food waste into the chemicals

que podem usar e transformar resíduos orgânicos em produtos químicos

that we make today from oil.

que fabricamos hoje com petróleo.

This can be done by extracting molecules from waste streams

Isso pode ser feito extraindo moléculas de resíduos

and using them as precursors to things like plastics,

e usando-as como precursoras de coisas como plásticos,

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

aditivos, cosméticos, farmacêuticos e muito mais.

and many more.

And in this way,

E, desse modo,

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

melhorando a sustentabilidade da manufatura química ainda mais.

The chemical industry is central to our modern economy

A indústria química é essencial para nossa economia moderna

and to our ways of life.

e nosso estilo de vida.

Decarbonizing it will take us several decades.

Descarbonizá-la vai levar diversas décadas.

This will include things like

Isso vai incluir coisas como reequipar nossas indústrias químicas

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

para que usem eletricidade diretamente,

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

capturar e sequestrar CO2 assim que saia das chaminés do petróleo

and more importantly,

e, mais importante,

developing new chemical processes that are more efficient

desenvolver novos processos químicos que sejam mais eficientes

and can source electricity directly from clean sources.

e possam gerar eletricidade diretamente de fontes limpas.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

Ao acelerar a pesquisa na fabricação de eletroquímicos,

my team aims to develop some of these reactions

minha equipe visa desenvolver algumas dessas reações

and in this way help to transform the chemical industry

e, desse modo, ajudar a transformar a indústria química

one reaction at a time.

uma reação de cada vez.

When we get there,

Quando chegarmos lá,

we will have been able to erase the carbon footprint

teremos conseguido apagar a pegada de carbono da indústria química.

of the chemical industry.

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

Não vamos conseguir trazer de volta nossas geleiras tropicais,

we will have helped to develop a sustainable path

mas teremos ajudado a construir um caminho sustentável pro futuro do planeta.

for the future of our planet.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)