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.
Há uns anos, tentei perceber se havia possibilidade de desenvolver biocombustíveis numa escala que pudesse concorrer com combustíveis fósseis mas sem concorrer com a agricultura em água, em fertilizantes ou em terras.
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.
Foi isto que descobri. Imaginem construirmos um recinto que colocamos debaixo de água e enchemos com águas residuais e com um certo tipo de microalgas que produzem óleo. Será fabricado a partir de um material flexível que se movimente debaixo da água, com as ondas. Claro que o sistema que vamos construir usará energia solar para o cultivo das algas que utilizam o CO2, o que é ótimo. Elas produzem oxigénio enquanto crescem. As algas que crescem dentro do contentor distribuem o calor pela água circundante e podemos colhê-las para fabricar biocombustíveis, cosméticos, fertilizantes e rações para animais. Claro que teremos de arranjar uma grande área, por isso temos de nos preocupar com outros participantes, como os pescadores, os barcos e coisas dessas, mas estamos a falar de biocombustíveis e sabemos qual é a importância de obter um combustível líquido alternativo.
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.
Porque é que falamos de microalgas? Este é um gráfico que mostra os diversos tipos de culturas que estão a ser consideradas para fazer biocombustíveis. Vemos coisas como a soja, que produz 570 litros por hectare, por ano, ou o girassol, a canola, a jatrofa ou a palma. Aquela barra alta mostra o que as microalgas podem contribuir. Ou seja, as microalgas contribuem com 5000 a 12 500 litros por hectare, por ano, em comparação com os 570 litros por hectare, por ano, da 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.
O que são as microalgas? As microalgas são micro, ou seja, são extremamente pequenas, uma imagem de organismos unicelulares, como veem, em comparação com um cabelo humano. Estes pequenos organismos existem há milhões de anos e há milhares de diferentes espécies de microalgas no mundo. Algumas são as plantas de crescimento mais rápido no planeta e produzem, como já mostrei, uma enorme quantidade de óleo.
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.
Porque é que queremos fazer isto ao largo? A razão por que fazemos isto no mar é porque, se olharem para as cidades costeiras, não há outra alternativa, porque vamos usar águas residuais, como sugeri. Se virmos onde há a maior parte de águas residuais, as instalações de tratamento estão integradas nas cidades. Esta é a cidade de São Francisco, que tem 1400 km de esgotos subterrâneos e liberta as águas residuais ao largo, no mar. Outras cidades no mundo tratam as águas residuais de outro modo. Algumas cidades tratam-nas. Outras cidades libertam-nas na água. Mas, em todos os casos, a água que é libertada é perfeitamente adequada para a cultura das microalgas. Vejamos então como seria o sistema. Chamamos-lhe OMEGA, que é a sigla para Recintos de Membranas "Offshore" para Cultura de Algas. Na NASA, temos de ter boas siglas.
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.
Como é que funciona? Já mostrei mais ou menos como funciona. Introduzimos águas residuais e uma fonte de CO2 numa estrutura flutuante e as águas residuais proporcionam nutrientes para o crescimento das algas que sequestram o CO2 que, de outro modo, iria para a atmosfera, como gás com efeitos de estufa. Claro, vão usar a energia solar para crescerem e a energia das ondas à superfície fornece a energia para misturar as algas e a temperatura é controlada pela temperatura da água envolvente. As algas que crescem produzem oxigénio, como já referi, e também produzem biocombustíveis, fertilizantes e alimentos e outros produtos de interesse.
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.
Este sistema é circunscrito. O que é que isso significa? É modular. Digamos que acontece qualquer coisa inesperada num dos módulos. Fica furado, se for atingido por um raio. As águas residuais que se escaparem são águas que já existem neste ambiente costeiro e as algas que se escaparem são biodegradáveis. Como vivem em águas residuais são algas de água doce, não podem viver na água salgada, portanto, morrem. O plástico da estrutura é um tipo de plástico bem conhecido que já conhecemos bem e construímos os nossos módulos para poderem ser reutilizados.
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.
Portanto, podemos ultrapassa isso, quando pensamos neste sistema que estou a mostrar, ou seja, pensar em termos de água doce, que também, de futuro, virá a ser um problema. Agora estamos a trabalhar em métodos para recuperação das águas residuais.
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.
A outra coisa a considerar é a própria estrutura. Constitui uma superfície para coisas no oceano. Esta superfície, que fica coberta por algas marinhas e outros organismos no oceano, passará a ser um "habitat" marinho reforçado portanto, aumenta a biodiversidade. Finalmente, como é uma estrutura no mar alto, podemos pensar nela em termos de como poderá contribuir para uma atividade de aquacultura no mar alto.
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.
Provavelmente, estarão a pensar: "Isto parece ser uma boa ideia. Como podemos ver se é real?" Eu instalei laboratórios em Santa Cruz nas instalações da California Fish and Game. Essas instalações permitem-nos ter grandes tanques de água do mar para testar algumas destas ideias. Também fizemos experiências em São Francisco numa das três centrais de tratamento de águas residuais, de novo uma instalação para testar ideias. Por fim, quisemos ver onde podíamos verificar qual seria o impacto desta estrutura no ambiente marinho e instalámos um sítio num local chamado Moss Landing Marine Lab na Baía de Monterey, onde trabalhámos num porto para ver qual o impacto que isto terá nos organismos marinhos.
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.
O laboratório que instalámos em Santa Cruz, foi o nosso Skunk Works. Era um local onde cultivávamos algas e soldávamos plástico e criávamos instrumentos e fazíamos imensos erros ou, como disse Edison, encontrávamos as 10 000 razões para o sistema não funcionar. Cultivámos algas em águas residuais e criámos instrumentos que nos permitiam conhecer a vida das algas de modo a poder acompanhar a forma como elas cresciam, o que lhes convinha, como adquiríamos a certeza de termos uma cultura que sobrevivesse e prosperasse. A característica mais importante que era preciso desenvolver eram os chamados FBR, os fotobiorreatores. Eram as estruturas que iriam flutuar à superfície feitas de um material plástico barato que permitisse que as algas crescessem. Criámos imensos "designs", mas a maioria foram terríveis fracassos. Quando, por fim, conseguimos um "design" que funcionava, para uns 140 litros, aumentámo-lo para 2000 litros em São 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.
Vou mostrar como funciona o sistema. Metemos lá dentro as águas residuais com as algas que escolhermos e circulamos essa água pela estrutura flutuante, esta estrutura tubular de plástico flexível. A água circula através desta coisa e, claro, apanha a luz solar, porque está à superfície. As algas crescem com os 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.
Mas isto é como meter a cabeça num saco de plástico. As algas não vão sufocar por causa do CO2, como nós sufocaríamos. Sufocam porque produzem oxigénio, aliás não sufocam propriamente, mas o oxigénio que produzem é problemático e elas consomem todo o CO2. Assim, tivemos de imaginar como podíamos remover o oxigénio, o que fizemos criando esta coluna que circulava parte da água, e repondo o CO2, o que fizemos, pondo o sistema a borbulhar antes de fazer circular a água. Estão a ver aqui o protótipo que foi a primeira tentativa de construir este tipo de coluna. A coluna maior que instalámos em São Francisco no sistema instalado.
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.
A coluna tinha outra característica muito interessante. As algas juntavam-se na base da coluna e isso permitia-nos acumular a biomassa das algas num contexto em que podíamos colhê-las facilmente. Retirávamos as algas que se concentravam na parte inferior da coluna e podíamos colhê-las num processo em que púnhamos as algas a flutuar à superfície e as apanhávamos com uma rede.
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.
Também quisemos investigar qual seria o impacto deste sistema no ambiente marinho. Já disse que instalámos esta experiência num sítio em Moss Landing Marine Lab. Descobrimos que as algas cresciam em grande abundância e precisávamos de criar um procedimento de limpeza. Também observámos como as aves e os mamíferos marinhos interagiam. Vemos aqui uma lontra-marinha que achou isto muito interessante e, periodicamente, atravessava esta pequena cama de água flutuante. Queríamos contratar este sujeitinho ou treiná-lo para limpar a superfície destas coisas, mas isso é para o 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?
Agora, o que estamos a fazer estamos a trabalhar em quatro áreas. A nossa investigação cobriu a biologia do sistema, que incluiu o estudo da forma como as algas crescem e também o que come as algas e o que mata as algas. Fizemos estudos para perceber o que precisávamos para poder criar esta estrutura, não só em pequena escala, mas como podíamos construi-la na enorme escala que virá a ser necessária. Já referi que observámos aves e mamíferos marinhos e observámos o impacto ambiental do sistema. Por fim, estudámos a economia. Quando falo em economia refiro-me à energia necessária para manter o sistema a funcionar. Obteremos mais energia do sistema do que a que lhe introduzimos para manter o sistema em funcionamento? E quanto aos custos operacionais? E quanto aos custos de capital? E quanto a toda a estrutura económica?
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.
Posso dizer-vos que não vai ser fácil e há ainda muito trabalho a fazer nestas quatro áreas, para pôr o sistema em funcionamento. Mas não temos muito tempo e eu gostava de mostrar a conceção de artista sobre qual será o aspeto deste sistema se nos encontrarmos numa baía protegida algures no mundo. Temos, ao fundo, nesta imagem, a central de tratamento das águas residuais e uma fonte de chaminés para o CO2. Mas, quando estudamos a economia deste sistema, descobrimos que será difícil pô-lo a funcionar. Se não olharmos para o sistema como uma forma de tratar águas residuais, de sequestrar o carbono e, possivelmente, para painéis fotovoltaicos, ou energia das ondas ou mesmo energia eólica. Se começarmos a pensar em termos de integrar todas estas diferentes atividades, também podemos incluir uma instalação de aquacultura. Assim, teríamos neste sistema uma aquacultura de mariscos em que criaríamos mexilhões ou vieiras. Podíamos criar ostras e outras coisas que produzissem produtos e alimentos de alto valor e isso seria um incentivo de mercado quando construíssemos o sistema a escalas cada vez maiores para vir a ser competitivo com a ideia de construí-lo para combustível.
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.
Há sempre uma questão que aparece, porque o plástico no oceano tem muito má reputação neste momento. Assim, temos pensado, desde o início: O que faremos a todo este plástico que vamos precisar de usar no nosso ambiente marinho? Não sei se vocês sabem, mas na Califórnia, usa-se uma quantidade enorme de plástico nos campos, como cobertura de plástico. É o plástico que faz aquelas pequenas estufas ao longo do solo e permite o aumento da temperatura do solo na época do crescimento, permite-nos controlar as ervas daninhas e, claro, torna a rega muito mais eficaz. Portanto, o sistema OMEGA fará parte deste tipo de resultado, e, quando deixarmos de o usar no ambiente marinho, poderemos usá-lo nos campos. Onde é que vamos colocar isto
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.
e que aspeto terá ao largo? Esta é uma imagem do que podemos fazer na Baía de São Francisco. São Francisco produz 290 milhões de litros por dia, de águas residuais. Se imaginarmos um tempo de retenção de cinco dias para este sistema, precisaremos de 1500 milhões de litros para acomodar, ou seja, cerca de 500 hectares destes módulos OMEGA a flutuar na Baía de São Francisco. Bom, isso é menos de 1% da área da superfície da baía. A 5000 litros por hectare, por ano, produzirá mais de sete milhões de litros de combustível, o que corresponde a cerca de 20% do biodiesel ou do diesel que é necessário em São Francisco. Isso sem fazer nada quanto à eficiência.
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)
Onde mais poderíamos colocar este sistema? Há muitas possibilidades. Há a Baía de São Francisco, como já referi. A Baía de San Diego é outro exemplo. A Baía Mobile ou a Baía Chesapeake, mas, na realidade, com a subida do nível do mar, haverá muitas mais oportunidades a considerar.
So what I'm telling you about is a system of integrated activities. Biofuels production is integrated with alternative energy is integrated with aquaculture.
(Risos) Estou a falar-vos de um sistema de atividades integradas. A produção de biocombustíveis está integrada com energia alternativa, está integrada com aquacultura.
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.
Dispus-me a encontrar uma via para uma produção inovadora de biocombustíveis sustentáveis e, pelo caminho, descobri que o que é exigido para a sustentabilidade é a integração, mais do que a inovação.
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 longo prazo, tenho imensa fé no nosso engenho coletivo e interligado. Penso que quase não há limites para o que podemos alcançar se formos radicalmente abertos e não nos importarmos com quem fica com os louros. As soluções sustentáveis para os nossos problemas futuros vão ser diversas e vão ter de ser muitas. Penso que precisamos de as considerar a todas, desde alfa a OMEGA. Obrigado. (Aplausos) Chris Anderson: Jonathan, uma pergunta rápida. Este projeto continua a avançar com a NASA ou precisas de um financiamento ambicioso de energia verde para o agarrar pela garganta? Jonathan Trent: Chegámos a uma fase na NASA em que gostaríamos de fazer qualquer coisa ao largo. Mas há muitos problemas em fazê-lo nos EUA por causa das autorizações limitadas e do tempo necessário para obter as licenças para fazer coisas ao largo. Nesta altura, precisamos mesmo de pessoas do exterior e estamos totalmente abertos com esta tecnologia no sentido de que a vamos lançar para quem quer que esteja interessado em agarrá-la e torná-la real. CA: Isso é interessante. Vocês não vão patenteá-la. Vão publicá-la. JT: Exatamente. CA: Ok, muito obrigado. JT: Obrigado.