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

Translator: Ngoc Anh Vo Reviewer: Trang Do Nu Gia

I was born and raised in Caracas, Venezuela,

Tôi sinh ra và lớn lên ở Caracas, Venezuela,

back in the '80s and '90s.

vào những năm 80 và 90.

Venezuela is a beautiful country,

Venezuela là đất nước xinh đẹp,

rich with natural treasures from beaches to rainforests.

giàu tài nguyên thiên nhiên từ bãi biễn tới rừng mưa nhiệt đới.

But one thing that people don't quite realize

Nhưng một thứ mọi người chưa nhận ra

is that we also have really tall mountains.

là nước tôi cũng có những ngọn núi rất cao.

These are part of the Andes,

Chúng thuộc dãy Andes,

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

và kéo dài tới tận Chile và Argentina.

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

Và đó cũng là nhà của một số rất ít những dòng sông băng

in the world.

trên thế giới.

Back in 1910, when the first map was drawn,

Năm 1910, khi bản đồ đầu tiên được vẽ,

Venezuela used to have five tropical glaciers,

Venezuela đã từng có 5 dòng sông băng,

which we used to call the five white eagles.

từng được gọi là 5 chú đại bàng trắng.

Today, unfortunately, there's only one left,

Ngày này, không may thay, nơi đó chỉ còn lại một,

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

và nó bao phủ một diện tích còn nhỏ hơn Công viên Trung tâm ở thành phố New York.

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

Những dòng sông băng này dần biến mất vì việc sử dụng tài nguyên

that we extract not too far from them:

mà chúng ta khai thác gần sông:

oil.

dầu mỏ.

As a Venezuelan, my relationship with oil is complicated.

Là một người Venezuela, mối liên hệ của tôi và dầu mỏ phức tạp.

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

Một mặt, dầu mỏ là tài nguyên giúp phát triển đất nước tôi,

as well as human civilization.

và cả xã hội loài người.

Mặt khác,

On the other hand,

nó là một nguồn tài nguyên tuy chậm nhưng chắc chắn

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

làm bùng lên một mối đe dọa hiện hữu.

Climate change.

Đó chính là biến đổi khí hậu.

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

Chúng tôi hiện biết rằng để ngăn chặn ảnh hưởng xấu của biến đổi khí hậu,

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

chúng tôi phải khử carbon tất cả việc chúng tôi làm

and everything that surrounds us.

và tất cả vật xung quanh ta.

And to do that within the next three decades.

Và phải thực hiện điều đó suốt 3 thập kí tiếp theo.

These include things like transitioning from oil, natural gas

Những việc bao gồm chuyển từ dầu, một loại khí tự nhiên

to clean sources of electricity;

sang nguồn nhiên liệu sạch từ điện;

electrifying all of our vehicles;

điện khí hóa toàn bộ xe cộ;

rethinking the way that we make our buildings and cities.

cân nhắc lại cách chúng ta xây dựng các cao ốc và thành thị.

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

Tin tốt là những công nghệ để hoàn thiện một số việc trên đã có.

And legislation to frame and direct this effort

Và luật pháp để để dựng lên và định hướng những nỗ lực này

is starting to be put in place.

đã bắt đầu được được thực thi.

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

Tin xấu là ngay cả khi chúng ta làm tất cả việc đó,

it will still not be enough.

vẫn chưa đủ.

Vẫn có nhiều mảng lớn trong nền kinh tế của chúng tôi

There are still large sectors of our economy

that will need to be decarbonized

sẽ cần được khử carbon

for which we don't have the technology yet.

mà chúng tôi vẫn chưa có công nghệ phù hợp.

These include the things like manufacturing processes

Những mảng đó bao gồm quá trình chế tạo

that are used to make everything that surrounds us,

tất cả vật dụng xung quanh ta,

from the cement and steel that holds our buildings together

từ xi măng và thép để nâng đỡ những cao ốc

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

tới hóa chất và vật liệu để tạo ra hàng hóa

that we use in our daily lives.

mà ta cần trong cuộc sống.

Things like the chair that you're sitting in,

Vật dụng như ghế mà bạn đang ngồi,

your shoes, the cars that you use,

giày, xe bạn dùng,

and all the devices that we use every day.

và tất cả thiết bị hằng ngày.

The chemical manufacturing industry alone accounts for 10 percent

Ngành công nghiệp sản xuất hóa chất chiếm đến 10%

of the energy consumption.

lượng năng lượng tiêu thụ.

And 20 percent of the carbon emissions from industry.

Và 20% lượng phát thải carbon là đến từ ngành công nghiệp.

These emissions arise from the use of fossil fuel combustion

Những khí thải đến từ việc sử dụng các nguyên liệu hóa thạch đốt cháy

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

tạo nhiệt cần để duy trì quá trình bên trong

and inefficient chemical plants.

những nhà máy hóa học cũ và không hiệu quả.

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

Một cách để bắt đầu sửa những vấn đề sẽ là việc dùng điện năng

instead of heat from fossil fuels

thay vì nhiệt từ nhiên liệu hóa thạch

to drive the processes inside of these plants.

để điều hành các quá trình trong nhà máy.

Sounds easy enough, right?

Nghe có vẻ dễ dàng, nhỉ?

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

Chỉ cần rút các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên, cắm dây điện vào,

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

và đảm bảo nguồn điện của bạn từ nguồn sạch như mặt trời,

wind or nuclear.

gió hay hạt nhân.

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

Không may thay, thực tế lại khó khăn hơn nhiều.

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

Chúng tôi sẽ phải tìm ra những phản ứng hóa học mới

that can source their energy directly from electricity.

có thể lấy năng lượng trực tiếp từ điện.

These are called electrochemical reactions.

Những phản ứng đó được gọi là phản ứng điện hóa.

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

Và đó là điều mà nhóm nghiên cứu của tôi ở Đại học New York đang tập trung:

figuring out electrochemical paths

tìm ra những con đường điện hóa

that can create direct links between clean electricity and molecules.

có thể tạo liên kết trực tiếp giữa điện sạch và phân tử.

In electrochemical reactions,

Trong phản ứng điện hóa,

heat is replaced by electricity as an energy source.

nhiệt được thay bằng điện như một nguồn năng lượng.

This allows us to operate reactors

Nó cho phép chúng ta vận hành các lò phản ứng

and carry out reactions at room temperature

và thực hiện các phản ứng ở nhiệt độ phòng

with minimal energy losses.

với năng lượng thất thoát nhỏ.

But the problem is

Nhưng vấn đề là

that for electrochemical reactions to become viable,

để những phản ứng điện hóa trở nên khả thi,

they will need to be more efficient and cost competitive

chúng cần hiệu quả và cạnh tranh về giá cả hơn

than the heat-powered ones that we use today.

những phản ứng lấy năng lượng từ nhiệt mà ta hằng dùng ngày nay.

That means that electrochemical reactors

Điều này có nghĩa là những phản ứng điện hóa

will need to transform raw materials into products

sẽ cần chuyển hóa nguyên liệu thô thành những sản phẩm

very efficiently, with minimal waste and very selectively.

vô cùng hiệu quả, ít lãng phí và rất chọn lọc.

This will then in turn incentivize chemical manufacturers

Điều này sẽ khuyến khích các nhà sản xuất hóa chất

to switch to electrochemical production processes

chuyển sang các quá trình điện hóa trong sản xuất

instead of deploying new fossil fuel chemical plants.

thay vì sử dụng nhà máy hóa chất mới dùng tài nguyên hóa thạch.

Trong nghiên cứu, chúng tôi đã bắt đầu bằng việc tìm hiểu một phản ứng hóa học

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

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

được sử dụng để tạo ra loại polyme quan trọng nhất trên thế giới:

Nylon 66.

Nylon 66.

More than 5 million tons of all kinds of nylons

Có hơn 5 triệu tấn của đủ loại nylon

are produced every year.

được sản xuất hằng năm.

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

Và trong đó, có hơn 2 triệu tấn là loại Nylon 66.

And these are used to make things like the textile fibers

Và chúng được dùng để tạo ra nhiều thứ như sợi dệt

that we use in our winter jackets

mà chúng ta thường dùng trong các loại áo khoác mùa đông

or the plastic car parts

hoặc phụ tùng ô tô bằng nhựa

that help make our vehicles lightweight and fuel-efficient.

giúp tạo ra phương tiện nhẹ và tiết kiệm nhiên liệu.

Thông qua nghiên cứu của chúng tôi,

Through our research,

we managed to identify electrochemical reaction mixtures

chúng tôi đã xác định được hỗn hợp phản ứng điện hóa

with the right additives and voltages

với các chất phụ gia và điện áp phù hợp

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

để có thể biến đổi nguyên liệu thô thành tiền chất nylon một cách vô cùng chọn lọc.

We achieved selectivity of more than 80 percent,

Chúng tôi đã đạt được độ chọn lọc lớn hơn 80%,

a value that is on par with commercial reactors.

một giá trị tương đương với các lò phản ứng thương mại.

But we didn't stop there.

Nhưng chúng tôi không dừng tại đây.

While most electrochemical reactions operate

Trong khi hầu hết các phản ứng điện hóa

with a constant stream of electrical currents,

hoạt động với dòng điện liên tục,

we knew that if we control the interactions

chúng tôi biết rằng nếu điều khiển những tương tác

between the electricity input and molecules,

giữa đầu vào của dòng điện và các phân tử,

we could achieve a higher performance.

chúng tôi có thể đạt được hiệu suất cao hơn.

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

Để làm được vậy, chúng tôi quyết định bắt đầu khám phá các xung điện khác nhau

in the search for the right pulse sequence

để tìm ra chuỗi xung điện chính xác

that will deliver electrons at the same rate

sẽ cung cấp các electron ở mức tương tự

that molecules could react.

mà các phân tử cần để phản ứng.

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

Vì có nhiều xung điện cần kiểm tra

we decided to then use a few number of results

nên chúng tôi quyết định dùng một vài kết quả

from different pulses to train machine-learning models

từ những xung điện khác nhau để đào tạo các mô hình học máy

that then help us identify the appropriate pulse sequence

mà sau đó sẽ giúp chúng tôi nhận diện được chuỗi xung điện phù hợp

for this reaction.

cho phản ứng này.

This was the first time

Đây là lần đầu tiên

that artificial intelligence was used to optimize an electrochemical reaction,

mà trí tuệ nhân tạo được dùng để tối ưu hóa phản ứng điện hóa,

and the pulse sequence that we discovered

và chuỗi xung mà chúng tôi khám phá

allows us to increase by 30 percent

cho phép chúng tôi tăng 30%

the production rate of these reactors.

tốc độ sản xuất của các lò phản ứng này.

These large improvements in efficiency,

Những cải tiến lớn về hiệu quả,

selectivity and production rates are very important

tính chọn lọc và tốc độ sản xuất rất quan trọng

because they will ensure

vì chúng sẽ đảm bảo

that electrochemical reactions are competitive

những phản ứng điện hóa đủ sức cạnh tranh

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

với cái những lò phản ứng chạy bằng năng lượng hóa thạch vốn đã được tối ưu hóa.

But hey, nylon is only one molecule

Nhưng mà, nylon là phân tử duy nhất

in a network of tens of thousands of chemical products,

trong mạng lưới hàng chục ngàn sản phẩm hóa học,

many of which you see in this diagram,

những sản phẩm bạn có thể thấy trong sơ đồ này,

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

những sản phẩm mà bạn dễ bắt gặp trong cuộc sống hằng ngày.

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

Hãy nghĩ tới những loại nhựa được dùng để tạo ra máy tính và điện thoại,

or the pane that covers the walls around us,

hoặc những tấm kính trên những bức tường xung quanh ta,

or the medicines that help us live a healthy life.

hoặc thuốc giúp ta sống khỏe mạnh.

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

Chúng ta sẽ phải khử carbon trong suốt 30 năm tới.

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

Điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ phải khám phá,

develop and deploy chemical processes much faster

phát triển và khai thác các quá trình hóa học nhanh hơn

than we did in the past century.

cách mà chúng ta làm thế kỷ trước.

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

Cuối cùng, nhóm tôi ở NYU đang kết hợp trí tuệ nhân tạo

with autonomous research tools

với những công cụ nghiên cứu tự động

to run hundreds to thousands of experiments per day.

để chạy hàng trăm tới hàng ngàn thí nghiệm mỗi ngày.

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

Theo cách này, chúng tôi hi vọng sẽ giảm được thời gian từ ra ý tưởng tới khám phá

by more than 100 times.

hơn 100 lần.

Beyond nylon,

Ngoài nylon,

we're also looking into production processes

chúng tôi cũng đang tìm hiều những quá trình sản xuất

to manufacture other chemicals

để tạo ra những loại hóa chất khác

like ethylene and propylene.

như ethylene và propylene.

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

Đây là những tiền chất chính của hầu hết các loại nhựa trên thế giới.

Through electrochemistry,

Thông qua điện hóa học,

we have managed to electrify already the most energy intensive steps

chúng ta đã và đang dùng năng lượng điện trong các bước tiêu tốn năng lượng nhất

on the production process of these chemicals:

trong quá trình sản xuất các chất hóa học:

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

một nhóm các quá trình mà mỗi trong số đó cần một lượng năng lượng rất lớn

in the chemical manufacturing industry.

trong ngành công nghiệp sản xuất hóa chất.

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

Chúng tôi cũng đang xem xét lại cách ta tạo ra các hóa chất

and the chemicals supply chain,

và chuỗi cung ứng hóa chất,

by developing new processes

bằng cách phát triển những quy trình mới

that can use and transform food waste into the chemicals

có thể sử dụng và chuyển hóa thực phẩm thừa thành hóa chất

that we make today from oil.

mà hiện nay chúng ta tạo ra từ dầu.

This can be done by extracting molecules from waste streams

Điều này có thể được thực hiện bằng cách chiết xuất các phân tử từ dòng chất thải

and using them as precursors to things like plastics,

và dùng chúng như tiền chất cho những thứ như nhựa,

additives, cosmetics and pharmaceuticals,

chất phụ gia, mỹ phẩm và dược phẩm,

and many more.

và nhiều thứ khác.

And in this way,

Và theo cách này,

enhancing sustainability in chemical manufacture even further.

tính bền vững trong sản xuất hóa chất sẽ ngày càng được nâng cao hơn nữa.

The chemical industry is central to our modern economy

Ngành công nghiệp hóa chất là trung tâm của nền kinh tế hiện đại

and to our ways of life.

và của lối sống hiện nay.

Decarbonizing it will take us several decades.

Quá trình khử carbon sẽ cần đến nhiều thập kỉ.

This will include things like

Và điều này sẽ bao gồm nhũng việc như

retrofitting our chemical plants so they can use electricity directly,

trang bị thêm cho các nhà máy hóa chất để họ có thể dùng điện trực tiếp,

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

thu giữ và cô lập CO2 ngay khi nó thoát khỏi ống khói,

and more importantly,

và quan trọng hơn là,

developing new chemical processes that are more efficient

phát triển các quá trình hóa học mới có hiệu suất cao hơn

and can source electricity directly from clean sources.

và có thể lấy điện trực tiếp từ các nguồn sạch.

By accelerating research in electrochemical manufacturing,

Bằng cách tăng tốc các nghiên cứu trong sản xuất điện hóa,

my team aims to develop some of these reactions

nhóm của tôi muốn phát triển một vài phản ứng trong số trên

and in this way help to transform the chemical industry

và cách này giúp chuyển đổi ngành công nghiệp hóa chất

one reaction at a time.

một phản ứng tại một thời điểm.

When we get there,

Khi chúng ta làm được điều trên,

we will have been able to erase the carbon footprint

chúng ta sẽ có thể xóa được dấu chân carbon

of the chemical industry.

của ngành công nghiệp hóa chất.

Và mặc dù ta sẽ không thể mang những dòng sông băng nhiệt đới trở lại,

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

nhưng chúng ta vẫn sẽ giúp phát triển một hành trình bền vững

we will have helped to develop a sustainable path

for the future of our planet.

cho tương lai của hành tinh.

Thank you.

Xin cảm ơn.

(Applause)

(Vỗ tay)