Преди години си поставих за цел да разбера дали е възможно да се разработят биогорива в такъв мащаб, че те да се конкурират с фосилните горива, но да не конкурират земеделието за вода, тор или земя.
Some years ago, I set out to try to understand if there was a possibility to develop biofuels on a scale that would actually compete with fossil fuels but not compete with agriculture for water, fertilizer or land.
И ето какво измислих. Представете си, че построим капсула, която да потопим под вода и запълним с отпадъчна вода и някаква форма на микроводорасли, произвеждащи петрол и я направим от някой пластичен материал, който се движи заедно с вълните под водата и системата, която ще построим, разбира се, използва слънчева енергия, за да подхранва водораслите, а те, от своя страна, използват въглероден диоксид, което е добре, и растейки произвеждат кислород. Растящите водорасли са в контейнер, който отдава топлината на околната вода и можем да ги събираме и правим биогорива и козметика, и тор, и фураж, и, разбира се, за това ще е нужна голяма площ, съответно трябва да се съобразим с други, например рибари и кораби и такива неща, но все пак говорим за биогорива, а всички знаем колко важна е възможността да се сдобием с алтернативно течно гориво.
So here's what I came up with. Imagine that we build an enclosure where we put it just underwater, and we fill it with wastewater and some form of microalgae that produces oil, and we make it out of some kind of flexible material that moves with waves underwater, and the system that we're going to build, of course, will use solar energy to grow the algae, and they use CO2, which is good, and they produce oxygen as they grow. The algae that grow are in a container that distributes the heat to the surrounding water, and you can harvest them and make biofuels and cosmetics and fertilizer and animal feed, and of course you'd have to make a large area of this, so you'd have to worry about other stakeholders like fishermen and ships and such things, but hey, we're talking about biofuels, and we know the importance of potentially getting an alternative liquid fuel.
Защо говорим за микроводорасли? Виждате графика, показваща различните видове култури, които са предвидени за производство на биогорива. Така че виждате неща като соя, която произвежда 50 галона от декар годишно, или слънчоглед, рапица, ятрофа, палма, а тази висока графа показва с какво може да допринесат микроводораслите. Иначе казано, микроводораслите произвеждат между 2000 и 5000 галона от декар годишно, сравнено с 50 галона от декар годишно от соята.
Why are we talking about microalgae? Here you see a graph showing you the different types of crops that are being considered for making biofuels, so you can see some things like soybean, which makes 50 gallons per acre per year, or sunflower or canola or jatropha or palm, and that tall graph there shows what microalgae can contribute. That is to say, microalgae contributes between 2,000 and 5,000 gallons per acre per year, compared to the 50 gallons per acre per year from soy.
А какво са микроводорасли? Микроводораслите са микро - това ще рече, че са изключително малки, както се вижда това е снимка на тези едноклетъчни организми, сравнена с човешки косъм. Тези малки организми съществуват от милиони години и има хиляди различни видове микроводорасли по света, някои от които са най-бързо растящите растения на планетата и произвеждат, както ви показах, много петрол.
So what are microalgae? Microalgae are micro -- that is, they're extremely small, as you can see here a picture of those single-celled organisms compared to a human hair. Those small organisms have been around for millions of years and there's thousands of different species of microalgae in the world, some of which are the fastest-growing plants on the planet, and produce, as I just showed you, lots and lots of oil.
И така, защо искаме да направим това в морето? Причината, поради която го правим в морето е защото ако погледнете нашите крайбрежни градове, няма избор, защото ще използваме отпадъчна вода, както подсказах, а повечето пречиствателни станции са в градовете. Това е Сан Франциско, който вече има около 1500 километра канализационни тръби и изхвърля отпадъчните си води в морето. Различните градове по света третират отпадъчната си вода по различен начин. Някои я обработват. Някои просто я изхвърлят. Но във всички случаи, водата, която се изхвърля е абсолютно подходяща за отглеждането на микроводорасли. Нека си представим как би изглеждала системата. Наричаме я "Омега", което е акроним за офшорни мембранни капсули за отглеждане на водорасли. В "НАСА" трябва да имате хубави акроними.
Now, why do we want to do this offshore? Well, the reason we're doing this offshore is because if you look at our coastal cities, there isn't a choice, because we're going to use waste water, as I suggested, and if you look at where most of the waste water treatment plants are, they're embedded in the cities. This is the city of San Francisco, which has 900 miles of sewer pipes under the city already, and it releases its waste water offshore. So different cities around the world treat their waste water differently. Some cities process it. Some cities just release the water. But in all cases, the water that's released is perfectly adequate for growing microalgae. So let's envision what the system might look like. We call it OMEGA, which is an acronym for Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae. At NASA, you have to have good acronyms.
А как работи? Отчасти вече ви показах как. Слагаме отпадъчна вода и източник на въглероден диоксид в нашата плаваща структура и отпадъчната вода осигурява хранителни вещества на водораслите, а те изолират въглеродния диоксид, който иначе би се отделил в атмосферата като парников газ. Те, разбира се, използват слънчева енергия, за да растат, а енергията от вълните на повърхността осигурява енергия за разбъркване на водораслите, а температурата се контролира от температурата на околната вода. Растящите водорасли произвеждат кислород, както споменах, а също произвеждат и биогорива, тор, храна и други подобни интересни продукти.
So how does it work? I sort of showed you how it works already. We put waste water and some source of CO2 into our floating structure, and the waste water provides nutrients for the algae to grow, and they sequester CO2 that would otherwise go off into the atmosphere as a greenhouse gas. They of course use solar energy to grow, and the wave energy on the surface provides energy for mixing the algae, and the temperature is controlled by the surrounding water temperature. The algae that grow produce oxygen, as I've mentioned, and they also produce biofuels and fertilizer and food and other bi-algal products of interest.
И системата е затворена. Какво имам предвид? Тя е модулна. Да предположим, че нещо абсолютно неочаквано се случи на един от модулите. Тече. Ударен е от мълния. Отпадъчната вода, която изтече е вода, която така или иначе отива в крайбрежната околна среда, а водораслите, които изтекат са биоразградими и понеже живеят в отпадъчни води, това ще рече, че са сладководни водорасли, което означава, че не могат да живеят в солена вода, така че умират. Пластмасата, с която ще го построим е позната пластмаса, с която имаме добър опит и ще рециклираме модулите, така че да можем да ги използваме отново.
And the system is contained. What do I mean by that? It's modular. Let's say something happens that's totally unexpected to one of the modules. It leaks. It's struck by lightning. The waste water that leaks out is water that already now goes into that coastal environment, and the algae that leak out are biodegradable, and because they're living in waste water, they're fresh water algae, which means they can't live in salt water, so they die. The plastic we'll build it out of is some kind of well-known plastic that we have good experience with, and we'll rebuild our modules to be able to reuse them again.
Може да отидем и по-нататък, мислейки за системата, която ви показвам, а това ще рече, че трябва да помислим за питейната вода, която също ще бъде проблем за в бъдеще и ние работим върху методи за възстановяване на отпадъчната вода.
So we may be able to go beyond that when thinking about this system that I'm showing you, and that is to say we need to think in terms of the water, the fresh water, which is also going to be an issue in the future, and we're working on methods now for recovering the waste water.
Другото нещо, което трябва да се вземе предвид, е самата структура. Тя осигурява повърхност за нещата в океана и тази повърхност, която е покрита с водорасли и други морски организми ще се превърне в своеобразен морски хабитат, така че ще се увеличи биоразнообразието. И накрая, понеже е морска структура, може да помислим как може да допринесе като аквакултурна дейност в морето.
The other thing to consider is the structure itself. It provides a surface for things in the ocean, and this surface, which is covered by seaweeds and other organisms in the ocean, will become enhanced marine habitat so it increases biodiversity. And finally, because it's an offshore structure, we can think in terms of how it might contribute to an aquaculture activity offshore.
Вероятно си мислите, "Брей, това звучи като добра идея. Какво можем да направим, за да пробваме дали ще стане?" Е, аз установих лаборатории в Санта Круз, в Калифорнийската ловно-риболовна сграда и в тази сграда имаме възможността да използваме големи резервоари с морска вода, за да изпробваме тези идеи. Провеждаме експерименти също и в Сан Франциско, в една от трите пречиствателни станции, отново сграда, в която да тестваме тези идеи. И накрая искахме да видим къде може да видим какво би било въздействието на тази структура върху морската среда и построихме полеви обект на място, наречено "Морска лаборатория Мос Лендинг" в Монтерей, където работихме в пристанище, за да видим какво би било въздействието върху морските организми.
So you're probably thinking, "Gee, this sounds like a good idea. What can we do to try to see if it's real?" Well, I set up laboratories in Santa Cruz at the California Fish and Game facility, and that facility allowed us to have big seawater tanks to test some of these ideas. We also set up experiments in San Francisco at one of the three waste water treatment plants, again a facility to test ideas. And finally, we wanted to see where we could look at what the impact of this structure would be in the marine environment, and we set up a field site at a place called Moss Landing Marine Lab in Monterey Bay, where we worked in a harbor to see what impact this would have on marine organisms.
Лабораторията в Санта Круз беше нашата иновативна работилница. Беше място, където отглеждахме водорасли, топяхме пластмаса и правехме инструменти, правехме много грешки. Или, както е казал Едисон, намирахме 10 000 начина, по които системата не работи. Отглеждахме водорасли в отпадъчна вода, създадохме инструменти, които ни позволиха да надникнем в живота на водораслите, така че да следим как растат, какво ги прави щастливи, как да сме сигурни, че ще имаме култура, която ще оцелее. Така че най-важното нещо, което трябваше да разработим бяха т.нар. фото-биореактори. Това са структурите, които щяха да плават на повърхността, направени от евтина пластмаса, в които ще растат водораслите. Създадохме много варианти, повечето от които бяха пълен провал и когато накрая стигнахме до вариант, който работеше с капацитет около 100л., го увеличихме до 1700л. в Сан Франциско.
The laboratory that we set up in Santa Cruz was our skunkworks. It was a place where we were growing algae and welding plastic and building tools and making a lot of mistakes, or, as Edison said, we were finding the 10,000 ways that the system wouldn't work. Now, we grew algae in waste water, and we built tools that allowed us to get into the lives of algae so that we could monitor the way they grow, what makes them happy, how do we make sure that we're going to have a culture that will survive and thrive. So the most important feature that we needed to develop were these so-called photobioreactors, or PBRs. These were the structures that would be floating at the surface made out of some inexpensive plastic material that'll allow the algae to grow, and we had built lots and lots of designs, most of which were horrible failures, and when we finally got to a design that worked, at about 30 gallons, we scaled it up to 450 gallons in San Francisco.
И нека ви покажа как работи системата. На практика взимаме отпадъчна вода с водорасли по наш избор в нея и я циркулираме през тази плаваща структура - тази цилиндрична, гъвкава структура - и тя циркулира през това нещо и, разбира се, има слънчева светлина на повърхността и водораслите покарват от хранителните вещества.
So let me show you how the system works. We basically take waste water with algae of our choice in it, and we circulate it through this floating structure, this tubular, flexible plastic structure, and it circulates through this thing, and there's sunlight of course, it's at the surface, and the algae grow on the nutrients.
Но това си е малко като да си сложиш главата в торба. Водораслите няма да се задушат заради въглеродният диоксид, както ние бихме. Те се задушават, защото произвеждат кислород, при това те не точно се задушават, а кислорода, който произвеждат е проблемен, така че те изразходват целия въглероден диоксид. Така че следващото важно нещо, което трябваше да разберем, бе как да премахнем кислорода, което постигнахме с построяването на тази колона, която циркулира част от водата и връща въглероден диоксид, което направихме чрез разпенване преди да върнем водата. И тук виждате прототипът, който беше първият опит в построяването на тази колона. По-голямата колона, която инсталирахме в Сан Франциско във вече направената система.
But this is a bit like putting your head in a plastic bag. The algae are not going to suffocate because of CO2, as we would. They suffocate because they produce oxygen, and they don't really suffocate, but the oxygen that they produce is problematic, and they use up all the CO2. So the next thing we had to figure out was how we could remove the oxygen, which we did by building this column which circulated some of the water, and put back CO2, which we did by bubbling the system before we recirculated the water. And what you see here is the prototype, which was the first attempt at building this type of column. The larger column that we then installed in San Francisco in the installed system.
Колоната имаше и друга много готина способност, чрез която водораслите се установяваха в колоната, което ни позволяваше да натрупаме биомаса, така че да можем лесно да ги събираме. Така че премахваме водораслите, които се утаяваха на дъното и след това можем да ги съберем чрез процедура, с която разстиламе водораслите на повърхността и ги обираме с мрежа.
So the column actually had another very nice feature, and that is the algae settle in the column, and this allowed us to accumulate the algal biomass in a context where we could easily harvest it. So we would remove the algaes that concentrated in the bottom of this column, and then we could harvest that by a procedure where you float the algae to the surface and can skim it off with a net.
Искахме също да разберем какво ще е въздействието на тази система върху морската среда и споменах вече, че направихме този експеримент в морската лаборатория в Мос Лендинг. Е, разбира се, разбрахме, че този материал се препълваше с водорасли и тогава трябваше да разработим прочистваща процедура, а също гледахме и взаимодействието с птиците и морските бозайници и всъщност тук виждате морска видра, която го намира за доста интересно и периодично си проправя път през това малко плаващо водно легло. Искахме да я наемем или да я обучим да чисти повърхността, но това за в бъдеще.
So we wanted to also investigate what would be the impact of this system in the marine environment, and I mentioned we set up this experiment at a field site in Moss Landing Marine Lab. Well, we found of course that this material became overgrown with algae, and we needed then to develop a cleaning procedure, and we also looked at how seabirds and marine mammals interacted, and in fact you see here a sea otter that found this incredibly interesting, and would periodically work its way across this little floating water bed, and we wanted to hire this guy or train him to be able to clean the surface of these things, but that's for the future.
А какво правехме наистина - работехме в четири области. Проучването ни покри биологията на системата, което включваше изучаването на растежа на водораслите, но също и какво яде водорасли и какво ги убива. Проектирахме, за да разберем от какво ще се нуждаем, за да можем да построим тази структура, не само в умален мащаб, но и как бихме могли да я построим в огромния мащаб, който би бил нужен. Споменах, че гледахме птици и бозайници и общо взето екологичното взаимодействие на системата и накрая гледахме икономиката. А под икономика имам предвид каква енергия е необходима, за да работи системата. Получава ли се повече енергия от системата, отколкото трябва да вложиш в нея, за да работи? Ами оперативните разходи? Ами капиталовите разходи? Ами цялата икономическа структура?
Now really what we were doing, we were working in four areas. Our research covered the biology of the system, which included studying the way algae grew, but also what eats the algae, and what kills the algae. We did engineering to understand what we would need to be able to do to build this structure, not only on the small scale, but how we would build it on this enormous scale that will ultimately be required. I mentioned we looked at birds and marine mammals and looked at basically the environmental impact of the system, and finally we looked at the economics, and what I mean by economics is, what is the energy required to run the system? Do you get more energy out of the system than you have to put into the system to be able to make the system run? And what about operating costs? And what about capital costs? And what about, just, the whole economic structure?
Така че, нека ви кажа, че няма да е лесно и има още доста работа във всички четири области, за да може системата наистина да работи. Но ние нямаме много време и бих искал да ви покажа художествена концепция на това как би изглеждала системата, ако се намираме в защитен залив някъде по света и на заден план, на тази картинка е и пречиствателната станция тръби за въглеродния диоксид, но когато направим сметките по системата, разбираме, че всъщност ще е трудно тя да заработи. Освен, ако не погледнем на системата като начин за пречистване на отпадъчна вода, изолиране на въглерод и евентуално за фотоволтаични панели или енергия от вълните, или дори вятърна енергия. И ако се замислим за обединение на всички тези различни дейности, може също да включим и аквакултурите. Така че ще имаме под системата мидена аквакултура, където да отглеждаме миди и раковини. Ще отглеждаме стриди и други, които ще произвеждат продукти с висока стойност и това би било пазарен стимул докато строим системата във все по-голям мащаб, така че, в крайна сметка, тя да бъде конкурентна, чрез идеята това да се прави за горива.
So let me tell you that it's not going to be easy, and there's lots more work to do in all four of those areas to be able to really make the system work. But we don't have a lot of time, and I'd like to show you the artist's conception of how this system might look if we find ourselves in a protected bay somewhere in the world, and we have in the background in this image, the waste water treatment plant and a source of flue gas for the CO2, but when you do the economics of this system, you find that in fact it will be difficult to make it work. Unless you look at the system as a way to treat waste water, sequester carbon, and potentially for photovoltaic panels or wave energy or even wind energy, and if you start thinking in terms of integrating all of these different activities, you could also include in such a facility aquaculture. So we would have under this system a shellfish aquaculture where we're growing mussels or scallops. We'd be growing oysters and things that would be producing high value products and food, and this would be a market driver as we build the system to larger and larger scales so that it becomes, ultimately, competitive with the idea of doing it for fuels.
И винаги изниква един голям въпрос, понеже пластмасата в океана има наистина лоша репутация, а сега ние мислим екологично. Какво ще правим с цялата тази пластмаса, която ще трябва да използваме в нашата морска екосистема. Не знам дали знаете това, но в Калифорния има огромно количество пластмаса, която се използва на полето като пластмасов тор. Това е пластмаса, от която се правят малки парници точно по повърхността на земята и това затопля почвата, за да увеличи сезона на растеж; това ни позволява да контролираме плевелите и, разбира се, прави напояването много по ефикасно. Така че системата "Омега" ще е част от такъв вид решение и след като вече не я използваме в морска среда, ще я използваме, надявам се, на полето.
So there's always a big question that comes up, because plastic in the ocean has got a really bad reputation right now, and so we've been thinking cradle to cradle. What are we going to do with all this plastic that we're going to need to use in our marine environment? Well, I don't know if you know about this, but in California, there's a huge amount of plastic that's used in fields right now as plastic mulch, and this is plastic that's making these tiny little greenhouses right along the surface of the soil, and this provides warming the soil to increase the growing season, it allows us to control weeds, and, of course, it makes the watering much more efficient. So the OMEGA system will be part of this type of an outcome, and that when we're finished using it in the marine environment, we'll be using it, hopefully, on fields.
Къде ще я поставим и как ще изглежда? Ето изображение на това, което бихме могли да направим в залива на Сан Франциско. Сан Франциско произвежда почти 250 хиляди кубични метра отпадъчна вода. Ако си представим петдневен период на системата, ще трябва да задържа 1,2 милиона кубични метра вода и това би било около 1280 декара "омега" модули, плаващи в залива на Сан Франциско. Това е по-малко от един процент от площта на залива. От 7500 л. на декар годишно ще произвежда 7,5 милиона литра гориво, което е около 20 процента от биодизела или от дизела, нужен за Сан Франциско и това е без да се прави нищо за по-добра ефективност.
Where are we going to put this, and what will it look like offshore? Here's an image of what we could do in San Francisco Bay. San Francisco produces 65 million gallons a day of waste water. If we imagine a five-day retention time for this system, we'd need 325 million gallons to accomodate, and that would be about 1,280 acres of these OMEGA modules floating in San Francisco Bay. Well, that's less than one percent of the surface area of the bay. It would produce, at 2,000 gallons per acre per year, it would produce over 2 million gallons of fuel, which is about 20 percent of the biodiesel, or of the diesel that would be required in San Francisco, and that's without doing anything about efficiency.
Къде другаде бихме могли да сложим системата? Има много възможности. Разбира се, заливът на Сан Франциско, както вече споменах. Друг пример е заливът на Сан Диего, заливите Мобайл и Чесапийк, но истината е, че с покачването на морското равнище ще има много нови възможности.
Where else could we potentially put this system? There's lots of possibilities. There's, of course, San Francisco Bay, as I mentioned. San Diego Bay is another example, Mobile Bay or Chesapeake Bay, but the reality is, as sea level rises, there's going to be lots and lots of new opportunities to consider. (Laughter)
Така че ви разказвам за система на интегрирани дейности. Производството на биогорива е съчетано с алтернативната енергия, която е съчетана с аквакултурата.
So what I'm telling you about is a system of integrated activities. Biofuels production is integrated with alternative energy is integrated with aquaculture.
Отправил съм се да намеря път към иновативно производство на устойчиви биогорива и пътьом открих, че интеграцията е това, което наистина се изисква за устойчивост, за сметка на иновацията
I set out to find a pathway to innovative production of sustainable biofuels, and en route I discovered that what's really required for sustainability is integration more than innovation.
В дългосрочен план имам вяра в нашата колективна и свързана изобретателност. Мисля, че почти няма граници на това, което можем да постигнем, ако сме изцяло отворени и не се интересуваме кой получава признанието. Устойчивите решения за бъдещите ни проблеми ще са различни и ще има много от тях. Мисля, че трябва да обмислим всичко, всичко от алфа до "Омега". Благодаря ви! (Ръкопляскания) (Ръкопляскания) Крис Андерсън: Един бърз въпрос към теб, Джонатан. Може ли този проект да прожължи с "НАСА" или ще се нуждае от някой много амбициозен фонд за зелена енергия да дойде и да го хване за гушата? Джонатан Трент: Сега наистина е на такъв етап в "НАСА", където биха искали да го завъртят като нещо, което би могло да бъде в морето, а има много проблеми с това в Щатите, заради проблеми с разрешенията и с времето да се вземат разрешения да се правят неща в морето. В този момент наистина се нуждае от външни хора и ние сме изцяло отворени с тази технология, така че ще я пуснем за всеки и всеки, който е заинтересован да я поеме и да се опита да я направи реалност. К. А.: Това е интересно. Няма да я патентовате. Публикувате я. Дж. Т.: Абсолютно. К. А.: Добре, благодаря ти много. Дж. Т.: Благодаря! (Ръкопляскания)
Long term, I have great faith in our collective and connected ingenuity. I think there is almost no limit to what we can accomplish if we are radically open and we don't care who gets the credit. Sustainable solutions for our future problems are going to be diverse and are going to be many. I think we need to consider everything, everything from alpha to OMEGA. Thank you. (Applause) (Applause) Chris Anderson: Just a quick question for you, Jonathan. Can this project continue to move forward within NASA or do you need some very ambitious green energy fund to come and take it by the throat? Jonathan Trent: So it's really gotten to a stage now in NASA where they would like to spin it out into something which would go offshore, and there are a lot of issues with doing it in the United States because of limited permitting issues and the time required to get permits to do things offshore. It really requires, at this point, people on the outside, and we're being radically open with this technology in which we're going to launch it out there for anybody and everybody who's interested to take it on and try to make it real. CA: So that's interesting. You're not patenting it. You're publishing it. JT: Absolutely. CA: All right. Thank you so much. JT: Thank you. (Applause)