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.
Años atrás, intenté entender si era posible desarrollar biocombustibles de manera que pudiera reemplazar los combustibles fósiles sin competir por el agua, los fertilizantes o la tierra para la agricultura.
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.
Aquí está lo que se me ocurrió. Imaginen que construimos un recipiente, que lo ponemos apenas bajo el agua, y lo llenamos con aguas residuales y un tipo de microalgas para producir petróleo, y lo hacemos de material flexible que se mueve con las olas bajo el agua. El sistema que construiremos, por supuesto, utilizará energía solar para hacer crecer las algas, y ellas usarán CO2, lo que es bueno. Y producirán oxígeno a medida que crecen. Las algas crecen en un recipiente que disipa el calor en el agua circundante, y uno puede cosecharlas para producir biocombustibles, cosméticos, fertilizantes o para alimentar animales. Por supuesto, se tendría que usar una gran área, y habría que preocuparse por otros grupos involucrados como pescadores, barcos y demás. Estamos hablando de biocombustibles, y sabemos la importancia de obtener combustibles líquidos alternativos.
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.
¿Por qué hablamos de microalgas? Aquí ven un gráfico que muestra los diferentes tipos de cultivos que considerados para la fabricación de biocombustibles. Se pueden ver algo como soja, que genera 470 litros por hectárea por año, o el girasol, la canola, la jatrofa o la palma, y esta barra alta muestra lo que las microalgas pueden aportar. Es decir, las microalgas aportan entre 19 000 y 47 000 litros por hectárea por año, en comparación con los 470 litros por hectárea por año de la soja.
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.
¿Qué son las microalgas? Son micro, es decir, son extremadamente pequeñas, como pueden ver aquí en una foto de esos organismos unicelulares comparados con un cabello humano. Esos pequeños organismos han existido durante millones de años y hay miles de especies diferentes de microalgas en el mundo, algunas son las plantas de más rápido crecimiento en el planeta, y producen, como ya les mostré gran cantidad de petróleo.
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.
y, ¿por qué queremos hacerlo en la costa? Bueno, la razón para hacerlo en la costa es porque al ver nuestras ciudades costeras, no hay otra opción, ya que utilizaremos aguas residuales, como dije, y la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales, están dentro las ciudades. Esta es la ciudad de San Francisco, que tiene 1450 km de tuberías de alcantarillado para descargar sus aguas residuales en el mar. Cada ciudad del mundo trata sus aguas residuales de manera diferente. Algunas las procesan. Otras simplemente las liberan. Pero en todos los casos, el agua vertida es perfecta para el cultivo de microalgas. Así que imaginemos cómo se vería el sistema. Lo llamamos OMEGA, que es el acrónimo (en inglés) para Cápsulas Costeras de Membrana para Cultivo de Algas. En la NASA, se deben tener buenos acrónimos.
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.
¿Cómo funciona? Trataré de mostrárselos. Ponemos las aguas residuales y una fuente de CO2 en la estructura flotante. Las aguas residuales proporcionan nutrientes para que las algas crezcan, y capten el CO2 que de lo contrario se iría a la atmósfera como un gas de efecto invernadero. Por supuesto utilizan energía solar para crecer, y la energía de las olas sirve para mover las algas. La temperatura se controla con el agua circundante. Las algas que crecen producen oxígeno, como dije, y también producen biocombustibles, fertilizantes, alimentos y otros productos valiosos.
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.
El sistema está confinado. ¿Qué quiero decir? Es modular. Es decir, si acaso le pasa algo totalmente inesperado a uno de los módulos; aparecen fugas, lo alcanza un rayo. El agua residual que se filtrara es agua que ahora mismo, llega a ese ambiente costero; y las algas que salen son biodegradables, y, como viven en aguas residuales, son de agua dulce, lo que significa que no pueden vivir en agua salada, y mueren. El plástico con que se construyen es bien conocido, con él tenemos experiencia. Podremos reconstruir los módulos para reutilizarlos.
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.
Y podremos ir más allá de este sistema que les muestro, es decir, podremos pensar en términos del agua, el agua dulce, que también será un problema en el futuro. Ahora estamos trabajando en métodos para recuperar las aguas residuales.
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.
También hay que tener en cuenta la propia estructura que proporciona una superficie para las cosas en el mar, y esta superficie, que está cubierta por algas y otros organismos, se convertirá en un hábitat marino mejorado que aumenta la biodiversidad. Finalmente, dado que es una estructura costera, podemos pensar en cómo podría contribuir a una actividad de acuicultura.
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.
Probablemente estén pensando, "¡Que buena idea! ¿Qué se puede hacer para hacerla realidad?" Bien, puse laboratorios en Santa Cruz, en las instalaciones de Pesca y Caza de California donde nos permitieron tener grandes tanques de agua marina para probar algunas de estas ideas. También montamos experimentos en San Francisco, en una de las tres plantas de tratamiento de aguas residuales, un centro de prueba de ideas. Y por último, queríamos encontrar un sitio para investigar el impacto de esta estructura en el medio marino; creamos una planta experimental en un laboratorio llamado "Moss Landing Marina Lab." en la Bahía de Monterrey. Allí trabajamos en un puerto para ver el impacto que tendría en los organismos marinos.
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.
El laboratorio que establecimos en Santa Cruz fue nuestro "skunkworks". Era un lugar donde hacíamos crecer algas, soldando plástico, construyendo herramientas y cometiendo un montón de errores. O, como decía Edison, estábamos encontrando las 10 000 maneras para que el sistema no funcionara. Hicimos crecer algas en aguas residuales, y construimos herramientas que nos permitían entrar en la vida de las algas. Así podíamos vigilar la manera como crecen, qué las hace felices, y cómo asegurarnos que el cultivo sobreviva y prospere. El aspecto más importante que necesitábamos desarrollar fueron los llamados fotobiorreactores. Estas son estructuras que flotan en la superficie, de algún material plástico barato para que crezcan las algas. Llegamos a producir montones de diseños, la mayoría de ellos fueron horribles fracasos. Y cuando finalmente llegamos a un diseño que funcionó, en cerca de 110 litros, escalamos a 1700 litros en San Francisco.
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.
Permítanme mostrarles cómo funciona. Hacemos circular las aguas residuales con algas de nuestra elección, hacia esta estructura flotante, tubular, de plástico flexible, para que la atraviesen. Por supuesto hay luz solar en la superficie, y las algas crecen por los nutrientes.
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.
Pero esto es como meter la cabeza en una bolsa plástica. Las algas no se asfixian por el CO2, como nosotros. Se asfixiarían por el oxígeno que producen, aunque en realidad no las asfixia, sino que es problemático. El CO2 sí lo aprovechan todo. Lo siguiente que hicimos fue encontrar la manera de retirar el oxígeno, lo cual logramos con esta columna que hace circular parte del agua, y devuelve el CO2, por medio de burbujeo en el sistema antes de recircular el agua. Lo que Uds. ven aquí es el prototipo, del que fue el primer intento de construcción de este tipo de columna. La columna más grande fue la que luego instalamos en San Francisco.
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.
La columna tenía en realidad otra característica muy interesante, y es que hacía asentar las algas en ella, lo que nos permitía acumular la biomasa de algas donde podríamos cosecharla fácilmente. Para retirar las algas concentradas en la parte inferior de la columna, aplicamos un procedimiento para hacerlas flotar en la superficie y así poderlas extraer con una red.
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.
Queríamos investigar también cuál sería el impacto de este sistema en el ambiente marino. Mencioné que hemos puesto este experimento en una estación en el "Moss Landing Marine Lab". Bien, encontramos, por supuesto, que este material se saturó de algas y fue necesario desarrollar un procedimiento de limpieza. También vimos cómo las aves y los mamíferos marinos interactuaban. Aquí se ve una nutria de mar que encuentra esto increíblemente interesante, y periódicamente pasaría por esta pequeña cama flotante. Hubiéramos querido contratar a este chico o entrenarlo para limpiar la superficie. Pero eso es para el futuro.
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?
En realidad estábamos trabajando en cuatro áreas. Nuestra investigación cubría la biología del sistema, que incluía el estudio de cómo crecen las algas, lo que comen y lo que las mata. Hicimos ingeniería para comprender lo que necesitaríamos para construir esta estructura, no solo en pequeña escala, sino cómo construirla en la gran escala que finalmente será necesaria. Mencioné que estudiamos aves y mamíferos marinos y básicamente el impacto ambiental del sistema. Finalmente miramos la economía, lo que quiero decir con economía es, ¿cuánta energía se requiere para operar el sistema? ¿Se obtendrá más energía del sistema que la que hay que emplear en hacer que funcione? ¿Y acerca de los costos de operación? ¿Y los costos de capital? ¿Y qué de la estructura económica completa?
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.
Déjenme decirles que no será fácil, que hay mucho más por hacer en esas cuatro áreas para que el sistema realmente funcione. Pero no tenemos mucho tiempo, y me gustaría mostrarles un dibujo de cómo podría ser este sistema si nos encontramos en una bahía protegida en algún lugar en el mundo. Tenemos en segundo plano esta imagen, la planta de tratamiento de aguas residuales y una fuente de CO2 de gases de combustión. Pero al estudiar la economía del sistema, se ve que en realidad será difícil hacer que funcione. A menos que se vea como una manera de tratar las aguas residuales, de captar carbono y potencialmente para paneles fotovoltaicos, o para captar energía de las olas, o incluso para energía eólica. Y si se piensa en la integración de todas estas actividades, también se podría incluir la acuicultura. Así podríamos tener cultivos de mariscos donde produciríamos mejillones o vieiras. Cultivaríamos ostras y otros alimentos y productos de alto valor. Así se puede generar un mercado a medida que agrandamos el sistema, hasta convertirlo, en última instancia, en algo competitivo para producir combustibles.
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.
Surge entonces la gran cuestión del plástico en el mar con su muy mala reputación actual. Hemos pensado en esto, de punta a punta. ¿Qué vamos a hacer con todo este plástico que necesitaremos en el medio marino? Bueno, no sé si saben, pero en California, hay una enorme cantidad de plástico que se utiliza en el campo para cubrir el suelo. Con plástico se forman estos pequeños invernaderos sobre la superficie del suelo. Calientan la tierra para prolongar la estación de crecimiento, permiten controlar las malezas, y, por supuesto, hacen el riego mucho más eficiente. Así que el sistema OMEGA contribuirá en producir estos resultados y, cuando terminemos de usarlos en el medio marino, los podremos llevar a los campos. Eso espero.
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.
¿Dónde vamos a ponerlo? ¿Y cómo se verá en la costa? Esta es una imagen de lo que podría hacerse en la bahía de San Francisco. San Francisco produce 245 millones de litros al día de aguas residuales. Si imaginamos un tiempo de retención de 5 días para este sistema, necesitaríamos acomodar 1230 millones de litros, en unas 520 hectáreas, con estos módulos OMEGA flotando en la bahía. Bueno, eso es menos del 1% del área de la bahía. A 18 700 litros por hectárea por año, se producirían más de 7,5 millones de litros de combustible, aproximadamente el 20% del biodiesel, o del diesel que se necesitaría en San Francisco, y esto sin hacer nada con la eficiencia.
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)
¿Dónde más podríamos poner este sistema? Hay muchas posibilidades. Por supuesto, la bahía de San Francisco, como ya he mencionado. La bahía de San Diego es otro ejemplo, Mobile Bay, o la bahía de Chesapeake. Pero la realidad es que, a medida que sube el nivel del mar, habrá montones de nuevas oportunidades. (Risas)
So what I'm telling you about is a system of integrated activities. Biofuels production is integrated with alternative energy is integrated with aquaculture.
Estoy hablando de un sistema de actividades integradas. Producción de biocombustibles, integrada con energía alternativa, integrada con acuicultura.
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.
Me puse a buscar un camino para la producción innovadora de biocombustibles sostenibles, y en el camino descubrí que lo que es realmente necesario para la sostenibilidad es integración, más que innovación.
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)
A largo plazo, tengo mucha fe en nuestro ingenio colectivo y conectado. Creo que casi no hay límite en lo que podemos lograr si estamos radicalmente abiertos y no nos importa quién se lleva el crédito. Las soluciones sostenibles para nuestros problemas en el futuro tendrán que ser diversas y tendrán que ser variadas. Creo que tenemos que considerarlo todo, todo, desde alfa hasta OMEGA. Gracias. (Aplausos) (Aplausos) Chris Anderson: Solo una pregunta rápida, Jonathan. ¿Puede seguir avanzando este proyecto dentro de la NASA o necesita algunos fondos ambiciosos de energía verde que vengan y lo tomen por el cuello? Jonathan Trent: Hemos llegado ya a una etapa en la que a la NASA le gustaría liberarlo, que se volviera externo. Hay un montón de asuntos reapecto a hacerlo en los EE.UU., debido a las limitaciones por los permisos y el tiempo requerido para obtenerlos, si se quiere hacer algo en la costa. Realmente, en este punto, se requiere gente externa. Estamos radicalmente abiertos con esta tecnología que vamos a lanzarla para que cualquiera que esté interesado, pueda tomarla e intentar hacerla realidad. CA: Muy interesante. No la están patentando. La están publicando. JT: Así es. CA: Muy bien. Muchas gracias. JT: Gracias. (Aplausos)