Blog: De Nobelwaardige chemie: AI buiten academisch onderzoek

Dit jaar wierp de Nobelprijs een spotlight op de baanbrekende rol van kunstmatige intelligentie (AI) in de vooruitgang van chemie en natuurkunde—een duidelijk signaal dat AI een transformerende kracht in de wetenschap is geworden. Maar hoe verandert AI de chemische industrie buiten de academische wereld?

Volgens Goldman Sachs zullen expert-AI-systemen tegen 2025 opkomen. Deze systemen kunnen complexe, langlopende taken plannen en uitvoeren dankzij diepgaande, sectorspecifieke kennis. Voor chemici betekent dit een uitdaging voor traditionele benaderingen: het identificeren van onconventionele actieve plekken op moleculen, het ontdekken van nieuwe verbanden en het optimaliseren van reactieomstandigheden. Een indrukwekkend voorbeeld is een door AI ontworpen chipontwerp met een “complexe elektromagnetische structuur… contra-intuïtief en onwaarschijnlijk om door een mens ontwikkeld te worden.”

Laten we drie van de meest invloedrijke AI-gestuurde technologieën in de chemie van vandaag verkennen. Ben je nieuwsgierig naar meer details? Bekijk dan dit uitgebreide artikel met 20 technologieën.

1. AI-Driven Drug Discovery

AI heeft de ontwikkeling van geneesmiddelen al getransformeerd, met enkele AI-ontdekte medicijnen die momenteel in klinische proeven voor mensen worden getest. Deze vooruitgang kwam in drie golven van innovatie:

• Eerste golf: Het gebruik van openbare datasets om kleine molecule-doelen te identificeren en kandidaten te optimaliseren.
• Tweede golf: Het combineren van AI-automatisering met grootschalige datageneratie om modellen te verfijnen.
• Derde golf: Iteratieve cycli van hoogst relevante datageneratie in combinatie met generatieve AI.

Startups floreren in deze sector, zie de uitgebreide database samengesteld door Anna Marie Wagner. Deze bedrijven benutten AI om tijdlijnen te versnellen, kosten te verlagen en ongekende therapeutische paden te verkennen.

2. Natural Language Processing (NLP) in Chemical Space

NLP is niet alleen voor chatbots. Door enorme hoeveelheden open-access en eigendomsdocumenten te doorzoeken helpt NLP verborgen parels van informatie te onthullen. Denk aan Zeta-Alpha, een startup die een ChatGPT-achtige zoekmachine biedt voor je R&D-archieven: het helpt bij het “ontdekken, organiseren en hergebruiken” van kennis. Hun samenwerking met BASF benadrukt de waarde van zulke tools bij het herontdekken van ideeën. Ze zeggen: in de chemie is elk nieuw idee eigenlijk het herontdekken van wat een Duitse chemicus in de jaren ’50 al deed. NLP’s vermogen om “te denken als een chemicus” en inzichten te halen uit decennia aan data zorgt ervoor dat geen enkele innovatie verloren gaat.

3. Engineering and Smart Control

AI is niet alleen voor laboratoria—het bestuurt hele chemische fabrieken. Bij ENEOS Materials in Japan bijvoorbeeld, opereerde een AI-systeem een chemische fabriek volledig autonoom gedurende 35 dagen. Aanvankelijk waren operators sceptisch en vroegen ze zich af of het wel veilig was om de AI kleppen te laten bedienen op manieren die zij niet hadden overwogen. Na verloop van tijd groeide het vertrouwen, toen de AI zijn vermogen liet zien om processen te optimaliseren voorbij menselijke intuïtie. Deze vooruitgang onderstreept het potentieel van AI om fabrieksbeheer te transformeren, emissies te verminderen en veiligere processen te creëren.

Een blik op de toekomst

Dit zijn slechts drie voorbeelden van hoe AI de chemie hervormt, maar er is nog zoveel meer te ontdekken. Een paar artikelen van de afgelopen maand om je nieuwsgierigheid te prikkelen:

• IBM’s open-source foundation models beloven een “ChatGPT voor moleculen en materialen” te creëren (lees meer).
• L’Oreal gaat GenAI gebruiken om al haar toekomstige cosmetische formules te ontwikkelen, zo duurzaam mogelijk zonder aan prestaties in te boeten. (lees meer)
• Human Digital Twins: Dankzij data-integratie en voorspellende algoritmen kan AI dierproeven in de toekomst vervangen door het simuleren van menselijke organen en weefsels. (lees meer).

We staan nog aan het begin van deze curve, dus het is te vroeg om de volledige impact van deze technologieën te beoordelen. In plaats daarvan moeten we ons richten op het mogelijk maken van vooruitgang: betere data produceren, robuuste infrastructuur bouwen en ervoor zorgen dat AI wordt aangedreven door groene energiebronnen.

Geïnteresseerd om op de hoogte te blijven? Volg de ChemAI LinkedIn-pagina voor de nieuwste inzichten.

Blog: Een blik op AI en Chemie

Januari 2024

De Nederlandse chemische industrie staat voor dringende uitdagingen, met name op het gebied van de stabiliteit van de groene energievoorziening, de noodzaak van verbeterde faciliteiten en infrastructuren om efficiënte opschaling van chemische processen mogelijk te maken, en de complexiteit rondom de overgang naar duurzame materialen. Deze uitdagingen benadrukken de noodzaak van meer innovatie en een robuuste publiek-private samenwerking. Andere delen van de wereld bewegen sneller dan wij, en we moeten allemaal onze focus aanscherpen om innovatie te versnellen.

Als het gaat om chemische innovatie, kunnen we het veel hebben over de behoefte aan faciliteiten en infrastructuur, aan gespecialiseerd personeel, aan beleid dat innovatie bevordert, maar ook lobbyen om investeerders en de samenleving te overtuigen dat groene chemie cool is en noodzakelijk voor een fossielvrije economie is belangrijk. Daarbij kan AI een deel van de oplossing zijn.

Chemische innovatie met AI
Bij AI en innovatie moeten we bedenken dat de probleemdefinitie cruciaal is. Bovendien is het de mens die de AI leert hoe de oplossing te vinden, vooral bij modellen voor begeleid leren. Problemen die te complex zijn voor een mens, maar waarvan we de natuurwetten en mechanismen begrijpen, moeten als eerste worden aangepakt. De AI-tool GNoME (Google DeepMind) is in staat om nieuwe, stabiele materialen te genereren. De volgende stap zal zijn om bepaalde eigenschappen te identificeren die nodig zijn voor een toepassing (Batterijen? Katalysatoren? Licht-naar-elektriciteit conversie?), toegang hebben tot de gegevens die deze eigenschappen definiëren, en het algoritme sturen om oplossingen te genereren met een hoge kans op daadwerkelijk nut.

Wat betreft AI en chemie naderen we waarschijnlijk de piek van de hype-cyclus. Het publieke belang is gewekt, maar het zal nog enkele jaren duren voordat de beste ideeën mainstream adoptie bereiken. De winnaars zullen producten zijn die zijn ontworpen om te worden gecommodificeerd, gemakkelijk te integreren in de dagelijkse activiteiten van een R&D-afdeling, maar ook met een zekere mate van verklaarbaarheid. Dit stelt niet-technische managers in staat de innovatie (en de benodigde investering) te omarmen. Van ontwerp-van-experimenten tot retrosynthese, van literatuuronderzoek tot digitale laboratoriumassistenten, zie ik AI als een beslissingsondersteuningssysteem voor de scheikundigen van de toekomst.

Bekijk de indrukwekkende demo van Google Gemini en het potentieel ervan in “Unlocking insights in scientific literature.”

AI en publiek-private samenwerking: human capital en infrastructuur
In Nederland beschikken we over uitstekend human capital als het gaat om AI, maar ook andere “beta”-wetenschappen. Academia heeft de taak om meer interdisciplinair onderwijs aan te bieden, zodat het voor een chemicus een logische keuze is om cursussen te volgen in machine learning en AI. Bedrijven moeten zich echter realiseren dat de reeds bestaande expertise in AI toegepast op wetenschap niet overal ter wereld direct beschikbaar is. Ze moeten hun rol spelen in het koesteren van dit talent, erin investeren, ruimte bieden binnen hun bedrijf en vertrouwen geven aan pioniersprojecten. Grote tech-bedrijven hebben zeker meer aantrekkingskracht dan de chemische industrie, maar zoals een oude professor van mij opmerkte: Twitter (nu X) en BASF hebben een vergelijkbare marktkapitalisatie, maar in tegenstelling tot Twitter maakt het Duitse chemiebedrijf echte producten voor echte mensen.

Als het gaat om nieuwe moleculen in de farmaceutische industrie, zien we dat nieuwe spelers zoals Google, Microsoft, NVIDIA en zelfs het moederbedrijf van TikTok Bytedance teams van moleculaire experts in dienst nemen om samen te werken met AI-onderzoekers. Ik hoop ook meer experts op het gebied van digitalisering de chemische industrie zien betreden.

Als je nog niet moe bent van lezen, raad ik je aan een kijkje te nemen in deze brief gepubliceerd in “de Volkskrant” over het probleem van AI-infrastructuur in Nederland. “Uit onderzoek van Brookings blijkt dat commerciële platformen 29 keer meer rekenkracht hebben dan universitaire platformen. Zonder eigen AI-infrastructuur moeten wetenschappers hun toevlucht nemen tot buitenlandse platformen en raken Nederlandse bedrijven achterop als alle data, getrainde algoritmen, en het talent in het buitenland verblijven.” Lees de volledige brief hier.

Marco Tibaldi, Amsterdam Chemistry Network, marco@acnetwork.nl.

Meer informatie over onze Innovation Agents:
Gratis deskundige support om te versnellen
Meet the Innovation Agents

Blog april 2023

De chemische industrie is al lang een integraal onderdeel van de wereldeconomie. Grote spelers in het veld droegen bij aan de moderne levensstijl, niet alleen met hun producten, maar ook met enorme investeringen in R&D, waardoor ideeën en oplossingen mogelijk werden. Europa heeft met zijn industriële revolutie de basis gelegd voor de chemische industrie, maar deze prominente rol staat vandaag op het spel. In deze blog vraag ik me af: waar staan we? Laten we eens kijken waar de chemiesector naartoe gaat, zeker in dat deel van de wereld waar beleid en consumenten meer oog hebben voor duurzaamheid.

De belangrijkste ontwikkeling die ik de afgelopen jaren heb waargenomen, was dat grote chemiebedrijven hun kernactiviteiten veranderden. Tien jaar geleden zag DSM er heel anders uit dan nu, net als DuPont of AkzoNobel. Met fusies, overnames en desinvesteringen consolideren grote bedrijven hun bedrijf om marktleider te worden. Conglomeraten die ooit een enorm scala aan producten bestreken, concentreren zich nu op een klein aantal eindmarkten. Misschien schrijf ik de volgende keer over deze consolidatiestrategie voor de middellange termijn. Bedrijven proberen echter ook te handelen volgens de kortetermijnstrategie, om hun bedrijf te beschermen tegen de onzekere tijden die voor ons liggen. Bezuinigingsmaatregelen en ontslagen zijn dan onvermijdelijk. De tabel uit het einde jaar rapport van BASF is een goed voorbeeld van wat we kunnen verwachten voor 2023.

Europa: prijzen stijgen, volumes dalen
Als je in de rapporten van eind 2022 duikt, komt er een bijzonder feit naar boven. De meeste grote spelers boekten solide inkomsten, met gelijkblijvende of zelfs dalende productievolumes. Bijv. De volumes van AkzoNobel daalden met -9%, voor Dow -8%, terwijl BASF -5,8% productie van chemicaliën (excl. farmaceutische producten) in de Europese Unie had. Het is duidelijk dat de verkoopopbrengsten werden opgeblazen door de hogere prijzen voor de consument, in een tijd van hoge inflatie. Consolidatie kost tijd en is niet voldoende op de korte termijn. Kostenbesparende maatregelen op korte termijn zijn al aangekondigd door Covestro, BASF, Dow, Goodyear, terwijl LyondellBasell en Eastman waarschijnlijk zullen volgen.

Wat mij het meest zorgen baart, is dat de slechtste prestaties over het algemeen in Europa zijn geregistreerd. Onze beleidsmakers hebben een laatste kans om op te treden voordat industrieën worden verdreven. Hervormt de EU REACH? Laten we de gelegenheid niet voorbij laten gaan om de strengere en veiligere regelgeving te compenseren met aantrekkelijke maatregelen voor bedrijven, bij voorkeur innovatief en groen. Het feit dat Europese expertise en infrastructuur elders in de wereld niet direct beschikbaar zijn, is slechts een kortetermijnverzekering: wanneer internationale bedrijven besluiten hun activiteiten buiten Europa te verplaatsen, zal dit gevolgen hebben voor onze kennis, economie en macht.

Innovatieve mkb-bedrijven zijn nog te klein
Met dit alles in gedachten kunnen we begrijpen hoe en waarom de chemische industrie ervan afzag te innoveren met grote ideeën en geavanceerde nieuwe producten. Aan de andere kant heeft onze wereld behoefte aan groene en duurzame oplossingen die nog niet klaar zijn voor de markt. Ik zie de meeste kansen voor scheikundig onderzoek in de ontwikkeling van biobased producten, technologieën gerelateerd aan waterstof en chemische recyclingmethoden. in deze gebieden is een handvol innovatieve startups aan het opkomen, terwijl ze de stressvolle taak van het overtuigen van investeerders en het winnen van het vertrouwen van klanten hebben. Als je echt wilt bijdragen aan de materiële transitie, dan moet je een sterk technologieontwikkelingsteam hebben en snel groeien. Helaas kan je alleen waarde op de lange termijn leveren, tenzij je besluit een vergunning voor je technologie te geven. MKBs moeten hun volumes zo snel mogelijk vergroten. Avantium kreeg positieve feedback van Coca-Cola op hun PEF-polymeer, maar zolang ze er geen drie miljoen ton van kunnen produceren (jaarlijks verbruikt door het drankenbedrijf), wordt Coca-Cola geen klant. Vergunningen aan Origin Materials kunnen helpen om de volumes sneller te realiseren, met een onmiddellijke cashflow, en samen op weg te gaan naar een duurzamere verpakkingsindustrie. Laten we hopen dat andere ‘groene chemie’-bedrijven het voorbeeld zullen volgen.

De kracht van een netwerk
De meeste van de grote veranderingen die ik heb beschreven, hebben we niet in de hand en we kunnen er niet veel aan doen. Elke dag leggen we echter onze handen op kleine en grote uitdagingen waarop we invloed kunnen uitoefenen. We proberen de groei van onze startup te versnellen, een product of een proces te verbeteren of een volgende stap in onze carrière te maken. Heb je het gevoel dat je een netwerk mist, neem dan contact op met mij of een van de Innovation Agents van ChemistryNL. Wij helpen u de juiste persoon te vinden om uw problemen op te lossen.

Marco Tibaldi, Innovation Agent Duurzame en Circulaire Chemie, manager bij Amsterdam Chemistry Network, marco@acnetwork.nl

Meer informatie over onze Innovation Agents:
Gratis deskundige support om te versnellen
Meet the Innovation Agents

Blog juli 2022

Chemie, industrie, productie… het zijn allemaal woorden die ver verwijderd zijn van het concept van duurzaamheid volgens de publieke opinie, en waarschijnlijk ook die van u. Maar wat als ik zeg dat er iets verandert?

Bij de huidige staat van onze productontwikkeling is de uitdaging om “duurzaam” te worden enorm voor de chemische industrie. Aan de ene kant is deze sector nog steeds afhankelijk van fossiele brandstoffen, zowel als energiebron als grondstof. Bovendien hebben chemiebedrijven te maken met hogere innovatiebarrières dan andere sectoren (bijv. hoge investeringen vanaf de lage TRL-fase, een sector die traditioneel niet op hun gemak is met risico’s, regelgevende en bureaucratische belemmeringen). Aan de andere kant is de rijkdom van onze samenleving afhankelijk van chemicaliën en chemische processen, en nieuwe technologieën en producten zijn de sleutel tot toekomstige winstgevendheid voor de sector.

Hier zijn slechts enkele van de belangrijkste drijfveren voor duurzaamheid die bedrijven in de gaten moeten houden om een actieve rol in de transitie te spelen en zelfs om te profiteren van vroege aanpassingen:

• Overal ter wereld nemen sociale bewegingen en protesten tegen vervuiling toe. Vanuit de chemiesector groeit de vraag naar meer maatschappelijke verantwoordelijkheid.
• Arbeidskrachten van de nieuwe westerse generatie hechten steeds meer waarde aan het werken voor een bedrijf dat de samenleving ten goede komt, waardoor het concept van belanghebbenden ontstaat.
• Beleidsveranderingen zullen de publieke opinie volgen en steeds strengere maatregelen nemen. Bijvoorbeeld: Meer dan 40 landen hebben al CO2-heffingen ingevoerd of zich aangesloten bij CO2-cap-and-trade-programma’s. Initiatieven voor het verwijderen van koolstofdioxide worden essentieel voor het voortbestaan van veel bedrijven en bieden tegelijkertijd een kans voor nieuwe oplossingen.
• In 2020 verklaarde Larry Flink (CEO BlackRock): “In de nabije toekomst zal er een aanzienlijke herverdeling van kapitaal plaatsvinden om de klimaatdreiging aan te pakken.” Dit is een andere essentiële opmerking om in gedachten te houden bij het bespreken van zakelijke kansen voor de chemische sector, vooral voor scale-ups en mkb’s.

Tegenwoordig worden we geconfronteerd met de noodzaak om af te stappen van processen die het milieu vernielen en over te gaan naar processen, materialen, energie, en gewoonten die onze planeet beschermen: een tsunami voor het huidige bedrijfsmodel. Er zijn al enkele bedrijven die de principes van circulariteit proberen te integreren in hun wereldwijde activiteiten, zoals DuPont of DSM. Het is echter ook tijd voor mkb’s, scale-ups en start-ups om in de voetsporen te treden van deze voorlopers, door nieuwe processen uit te vinden en op te schalen die leiden tot de groene en hernieuwbare chemicaliën van de toekomst. Wie wordt de nieuwe DuPont of DSM?

Over Marco Tibaldi en ACN
Amsterdam Chemistry Network is een samenwerkingsverband tussen kennisinstellingen en chemie gerelateerde bedrijven in de metropoolregio Amsterdam. Als operations manager sta ik midden in dit ingewikkelde ecosysteem. In het geval dat u geïnteresseerd bent in onderzoek, productontwikkeling, zakelijke relaties en/of ondersteuning voor een duurzamere chemieoplossing, verleen ik u graag toegang tot de juiste partners. Laten we vooral contact opnemen voor een potentiële samenwerking in de toekomst.