私は 80 年代から 90 年代にベネズエラのカラカスで生まれ育ちました。
ベネズエラは、ビーチから熱帯雨林まで、自然の宝物が豊富な美しい国です。
しかし、人々はあまり気づいていないのですが、私たちには非常に高い山もあります。
これらはアンデス山脈の一部であり、チリとアルゼンチンからずっと下まで伸びています。
そして、世界でも数少ない熱帯氷河の本拠地でもあります。
最初の地図が描かれた 1910 年当時、ベネズエラには 5 つの氷河があり、私たちはそれらを 5 つの白鷲と呼んでいました。
残念ながら現在は 1 つだけ残っており、その面積はニューヨーク市のセントラル パークよりも狭いです。
これらの氷河は、私たちが氷河からそれほど遠くない場所で採掘できる資源、つまり石油の使用のために消滅しつつあります。
ベネズエラ人として、私と石油との関係は複雑です。
一方で、石油は我が国と人類の文明の発展を助けた資源です。
一方、石油は私が生きていくための資源です。
一方で、それはゆっくりと、しかし確実に生存の脅威である気候変動を煽る資源でもあります。
気候変動による最悪の影響を回避するには、私たちが行うすべてのこと、そして私たちを取り巻くすべてのものを脱炭素化する必要があり、それを今後 30 年以内に達成する必要があることがわかっています。
これには、石油や天然ガスからクリーンな電源への移行、すべての車両の電動化、建物や都市の作り方の再考などが含まれます。
良いニュースは、これらのことの一部を実行するテクノロジーはすでに存在しており、これらの取り組みを枠組みおよび指示するための法律が整備され始めていることです。
悪いニュースは、これらすべてを実行したとしても、まだ十分ではないということです。
私たちの経済には脱炭素化が必要な大部分がまだありますが、それに対応する技術はまだありません。
これには、建物を固定するセメントや鉄鋼から、日常生活で使用する商品を作るために使用する化学薬品や材料に至るまで、私たちの周りにあるすべてのものを作るために使用される製造プロセスなどが含まれます。
あなたが座っている椅子、靴、あなたが使っている車、そして私たちが毎日使用しているすべてのデバイスなどです。
化学製造産業だけでエネルギー消費量の 10%、産業からの炭素排出量の 20% を占めています。
これらの排出物は、古くて非効率な化学プラント内のプロセスを駆動するために必要な熱を生成するために化石燃料の燃焼を使用することで発生します。
この問題を解決するための 1 つの方法は、化石燃料からの熱の代わりに電気を使用してプラント内のプロセスを駆動することです。
簡単そうに思えますよね?
天然ガスのパイプラインのプラグを抜き、電線を差し込み、太陽光、風力、原子力などのクリーンな電源から電力を供給するようにしてください。
残念ながら、現実はそれよりもはるかに困難です。
私たちは電気から直接エネルギーを供給できる新しい化学反応を考え出す必要があるでしょう。
これらは電気化学反応と呼ばれるもので、ニューヨーク大学の私の研究グループが注目しているものです。
クリーンな電気と分子の間に直接的なつながりを生み出す電気化学経路を解明する。
電気化学反応では、熱がエネルギー源として電気に置き換えられます。
これにより、最小限のエネルギー損失で反応器を運転し、室温で反応を実行できるようになります。
しかし問題は、電気化学反応が実現するには、現在使用されている熱による反応よりも効率が高く、コスト競争力が高い必要があるということです。
つまり、電気化学反応器は、無駄を最小限に抑え、非常に選択的に原材料を製品に非常に効率的に変換する必要があるということです。
これにより、化学メーカーは新たな化石燃料化学プラントを導入する代わりに、電気化学的生産プロセスに切り替えるよう奨励されることになる。
私たちの研究では、世界で最も重要なポリマーの 1 つであるナイロン 6-6 を製造するために使用される化学反応を調べることから始めました。
あらゆる種類のナイロンが年間 500 万トン以上生産されています。
そのうち 200 万トンがナイロン 6-6 です。
そして、これらは、冬用ジャケットに使用される織物繊維や、車両の軽量化と燃料効率の向上に役立つプラスチック製の自動車部品などの製造に使用されます。
私たちの研究を通じて、原料を非常に選択的にナイロン前駆体に変換できる適切な添加剤と電圧を備えた電気化学反応混合物を特定することができました。
商業用反応器と同等の80％以上の選択率を達成しました。
しかし、私たちはそこで終わりではありませんでした。
ほとんどの電気化学反応は一定の電流の流れで動作しますが、電気入力と分子の間の相互作用を制御すれば、より高いパフォーマンスを達成できることがわかっていました。
そのために、分子が反応するのと同じ速度で電子を送達する適切なパルスシーケンスを探すために、さまざまな電気パルスの調査を開始することにしました。
テストする必要のあるパルスが非常に多かったので、さまざまなパルスからのいくつかの結果を使用して機械学習モデルをトレーニングし、この反応に適切なパルス シーケンスを特定することにしました。
電気化学反応の最適化に人工知能が使用されたのはこれが初めてでした。
そして、私たちが発見したパルスシーケンスにより、これらのリアクターの生産速度を 30% 増加させることができました。
効率、選択性、生産率におけるこれらの大幅な改善は、電気化学反応がすでに高度に最適化されている化石燃料による反応と競合できるようにするため、非常に重要です。
しかし、ナイロンは何万もの化学製品のネットワークの中の 1 つの分子にすぎません。その多くはこの図に示されており、その多くは日常生活でよく見られるものです。
コンピューターや電話の製造に使用されるプラスチック、私たちの周りの壁を覆う塗料、あるいは健康的な生活を助ける薬について考えてみてください。
今後 30 年以内にすべてを脱炭素化しなければなりません。
これは、過去 1 世紀よりもはるかに速く化学プロセスを発見、開発、導入する必要があることを意味します。
そのために、ニューヨーク大学の私のグループは、人工知能と自律型研究ツールを組み合わせて、1 日に数百から数千の実験を実行しています。
このようにして、アイデアから発見までの時間を 100 分の 1 以上短縮したいと考えています。
ナイロン以外にも、エチレンやプロピレンなどの他の化学物質を製造するための生産プロセスも検討しています。
これらは、世界中のほとんどのプラスチックの主な前駆体です。
当社は、電気化学を通じて、これらの化学物質の製造プロセスにおいてすでに最もエネルギーを大量に消費するステップを電動化することに成功しました。一連のプロセスだけでも、化学製造業界で非常に大量のエネルギーを消費します。
また、食品廃棄物を利用して現在石油から製造している化学物質に変換できる新しいプロセスを開発することにより、化学物質の製造方法と化学物質のサプライチェーンを再考しています。
これは、廃棄物の流れから分子を抽出し、それらをプラスチック、添加剤、化粧品、医薬品などの前駆体として使用することで実現できます。
このようにして、化学製造における持続可能性をさらに強化します。
化学産業は現代経済と私たちの生活様式の中心です。
脱炭素化には数十年かかります。
これには、電気を直接使用できるように化学プラントを改修したり、ガス・インフルエンザの煙突から排出される CO2 を回収して隔離したり、さらに重要なことに、より効率的でクリーンなエネルギー源から直接電力を供給できる新しい化学プロセスの開発などが含まれます。ソース。
電気化学製造の研究を加速することで、私のチームはこれらの反応のいくつかを開発し、それによって化学産業を一度に 1 反応ずつ変革するのに貢献することを目指しています。
そこに到達すれば、化学産業の二酸化炭素排出量を消去することができるでしょう。
そして、熱帯の氷河を取り戻すことはできませんが、地球の将来に向けた持続可能な道を開発することに貢献することになるでしょう。
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