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 alguns anos, passei a tentar entender se havia a possibilidade de desenvolver biocombustível em quantidade que realmente competisse com o combustível fóssil, mas não competisse com a agricultura por água, fertilizantes ou terra.
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.
Eis o que consegui. Imagine que nós construímos um cercado que colocamos dentro da água, e enchemos com esgoto e algumas formas de microalgas que produzem petróleo, e fazemos isto a partir de um material flexível que se move com as ondas subaquáticas, e o sistema que vamos construir, claro, usa a energia solar para fazer crescer as algas, elas usam CO2, o que é bom, e elas produzem oxigênio enquanto crescem. As algas que crescem estão em um recipiente que distribui calor para as águas no entorno, e vocês podem colhê-las e fazer biocombustível, cosméticos, fertilizantes e ração para animais, claro, teriam que fazê-lo em uma grande área, e teriam que se preocupar com outros interessados como pescadores, navios e coisas assim, mas olhem, estamos falando de biocombustível, e sabemos da importância da possibilidade de conseguir 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.
Por que estamos falando de microalgas? Aqui vocês veem um gráfico que mostra os diferentes tipos de plantas cotadas para fazer biocombustível, e vocês podem ver coisas como soja, que faz 50 litros por 1.000m² por ano, girasol, canola, jatrofa ou palma, e aquele gráfico no alto mostra quais microalgas podem servir. Ou seja, para dizer que as microalgas geram entre 2.000 e 5.000 litro por 1.000m² por ano, comparado aos 50 litros por 1.000m² 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.
Então o que são microalgas? Microalgas são micro -- isto é, são extremamente pequenas, como podem ver aqui uma foto desses organismos unicelulares comparada a um cabelo humano. Esses pequenos organismos estão por aí a milhões de anos e há milhares de espécies de microalgas diferentes no mundo, estre elas, estão as plantas cujo crescimento é o mais rápido do planeta, que produzem, como mostrei a vocês, muito, muito 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.
Por que queremos fazer isto em alto mar? A razão é que se examinarmos nossas cidades litorâneas, não há escolha, pois estaremos usando esgoto, como eu sugeri, e se examinarem onde há mais plantas do tratamento de esgoto, elas estão ligadas às cidades, Esta é a cidade de São Francisco, que já tem 1350km de saídas de esgoto sob a cidade, e o libera em alto mar. Varias cidades mundo afora tratam seu esgoto de modo diferente. Algumas cidades processam. Algumas cidades só liberam a água. Mas em todos os casos, a água que é liberada é perfeitamente adequada para cultivar microalgas. Vamos imaginar como será o sistema. O chamamos de OMEGA, um acrônimo para Ambientes fechados em alto mar para cultivar alga. Na NASA, é preciso ter bons acrônimos.
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 funciona? De algum modo já mostrei como funciona. Colocamos esgoto e alguma fonte de CO2 em nossa estrutura flutuante, e ele fornece os nutrientes para as algas crescerem, elas sequestram o CO2 que de outra forma iria embora para a atmosfera como gás de efeito estufa. Elas, claro, usam a energia solar para crescer, e a energia das ondas da superfície fornece a energia para misturar as algas, e a temperatura é controlada pela temperatura da água do entorno. A alga que cresce produz oxigênio, como mencionei, e também produz biocombustível, fertilizantes, alimentos, e outros produtos de interesse derivados da alga.
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.
E o sistema é fechado. O que quero dizer com isto? É modular. Digamos que algo acontece que é totalmente inesperado em um dos módulos. Ele vaza. É atingido por um raio. O esgoto que vaza é a água que já vai para o ambiente costeiro, e a alga que vaza é biodegradável, e como estão vivendo de esgoto, elas são algas de água doce, ou seja elas não podem viver em água salgada, daí elas morrem. O plástico que usaremos é do tipo bem conhecido de plástico que nós tivemos boas experiências, e reconstruiremos nossos módulos para podermos reutilizá-los.
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.
Seremos então capazes de ir além ao pensarmos neste sistema que estou mostrando, e isto é para dizer que precisamos pensar em termos de água, de água doce, que também será um problema no futuro, e agora estamos trabalhando nos métodos para recuperar o esgoto.
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.
Outra coisa a se considerar é a estrutura. Ela fornece uma superfície para as coisas dentro do oceano, e esta superfície, recoberta de alga marinha e outros organismos dentro do oceano, irá se tornar um habitat marinho, o que aumenta a biodiversidade. E finalmente, por ser uma infraestrutura no mar, podemos pensar em como ela pode contribuir para uma atividade de agricultura no mar.
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.
Daí vocês devem estar pensando... "Isto parece uma boa idéia. O que podemos fazer para ver se é real?" Bom, eu fundei laboratórios em Santa Cruz nas instalações de Caça e Pesca da Califórnia, e essas instalações nos permitem testar algumas destas ideias. Fizemos também experiências em São Francisco em uma das três estações de tratamento de esgoto, mais uma área para testar idéias. E finalmente, queríamos saber onde poderíamos analisar qual o impacto que esta estrutura teria no ambiente marinho, montamos um campo experimental num lugar chamado Laboratório Marinho Moss Landing na baia de Monterey, trabalhamos num porto para ver o impacto 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 nós montamos em Santa Cruz era nosso escritório. Era um lugar no qual cultivávamos alga, plástico soldado e ferramentas de construção e cometendo muitos erros, ou, como Edison disse, as 10.000 maneiras de como o sistema não funcionaria. Cultivamos algas em esgoto e construímos ferramentas que nos permitem entrar na vida das algas para monitorar a forma como crescem, o que as fazem felizes, como nos certificar que teremos uma plantação que sobreviverá e prosperará. A característica mais importante que precisávamos desenvolver foram as chamadas fotobioreatores, PRB em inglês. Essas eram as estruturas que poderiam flutuar na superfície, feitas de um material barato de plástico que permite às algas crescerem, e tivemos que fazer muitos e muitos projetos, a maioria dos quais resultaram em fracassos horríveis, e finalmente quando chegamos a um que funcionou, por volta de 114 litros, nós crescemos para 1.700 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.
Deixem-me mostrar-lhes como o sistema funciona, Pegamos o esgoto com a alga de nossa preferência, e o circundamos através dessa estrutura flutuante, tubular de plástico flexível, e ela circula através desta coisa, e há a luz do sol, claro, na superfície, e a alga cresce 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 isso é como colocar sua cabeça em um saco plástico. As algas não se sufocam devido ao CO2, como nós. Elas se sufocam devido ao oxigênio, e elas não se sufocam, mas o oxigênio que elas produzem é problemático, e elas usam quase todo o CO2. A próxima coisa a descobrir era como poderíamos remover o oxigênio, o que fizemos ao construir esta coluna na qual circula parte da água, e devolver o CO2, o que fizemos borbulhando o sistema antes de recircular a água. O que veem aqui é um protótipo, a primeira tentativa de construir este tipo de coluna. A coluna mais larga que instalamos 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.
Daí a coluna tinha na realidade outra característica, isto é, a alga povoando a coluna o que nos permite acumular a biomassa da alga em um ambiente em que facilmente conseguimos colhê-la. Daí removeríamos as algas que se concentram no fundo desta coluna, e poderíamos colhê-las por um procedimento em que deixa-se as algas flutuando e elas podem ser retiradas por 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.
Queríamos também investigar qual seria o impacto desse sistema no ambiente marinho, como disse, montamos esta experiência em um campo no Laboratório Marinho Moss Landing. Bem, descobrimos que, claro, este material se tornava cheio de alga, e precisávamos desenvolver um processo de limpeza, e poderíamos ver como os pássaros e mamíferos marinhos interagem, e de fato vocês veem aqui uma bergamota que achou isto incrivelmente interessante, e periodicamente faria seu caminho através desta pequena cama de água flutuante, queríamos contratar esse bicho ou treiná-lo para limpar a superfície, mas isto 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 estávamos realmente fazendo, era trabalhar em quatro áreas. Nossas pesquisas cobrem a biologia de um sistema, a qual inclui estudar como as algas crescem, mas também o que as comem, e o que as mata. Usamos engenharia para entender o que precisaríamos para construir esta estrutura, não só em pequena escala, mas como construiríamos em uma escala enorme que é, no fundo, o que se precisa. Mencionei que observamos os pássaros e mamíferos marinhos e examinamos o impacto ambiental do sistema e finalmente examinamos os custos, o que quero dizer com custos é quanta energia é necessária para o sistema funcionar? Vocês conseguem mais energia do sistema do que vocês têm de dar ao sistema para ele conseguir funcionar? E quais os custos operacionais? Quais os custos de capital? E o que dizer de toda a estrutura econômica?
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.
Deixem-me dizer, não será fácil, e há muito mais trabalho a ser feito em todas as quatro áreas para fazer o sistema funcionar de verdade. Mas não temos muito tempo, gostaria de lhes mostrar uma concepção artística de como será este sistema se estivermos em uma baía fechada em algum lugar do mundo, temos ao fundo desta imagem, a estação de tratamento de água e uma fonte de gás para CO2, mas quando você analisar a parte econômica deste sistema, descobrirá que de fato será dificil fazê-lo funcionar. A menos que veja o sistema como uma forma de tratar o esgoto um sequestrador de carbono e potencialmente painéis fotovoltáicos, energia de ondas, ou mesmo energia eólica, se pensarem na integração de todas estas diferentes atividades, poderam também incluir uma área de aquacultura. Daí teríamos sob este sistema uma aquacultura de ostras na qual cultivaríamos moluscos ou escalopes. Estamos cultivando ostras e coisas que produziriam produtos de alto valor, alimentos, e conduziria o mercado a medida que construímos o sistema em um escala cada vez maior, de forma a se tornar, no final, competitivo com a idéia de fazer combustíveis.
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.
Sempre há uma grande questão que surge, já que plástico no oceano tem uma péssima reputação e estamos pensando do berço ao berço. O que faremos com todo este plástico que precisaremos usar em nosso ambiente marinho? Bom, não sei se sabem disso, mas na Califórnia, há uma enorme quantidade de plástico que é usada no campo como cobertura plástica, este é o plástico usado nestas pequeníssimas estufas ao longo da superfície do solo, e isto fornece calor para o solo ampliando a estação do crescimento, permitindo controlar as sementes, e, claro, torna o regar muito mais eficiente. Daí o sistema OMEGA será parte deste tipo de resultado, e quando tivermos terminado de usá-lo no ambiente marinho, o usaremos, com sorte, no campo.
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.
Onde colocaremos isto, e qual a aparência em alto-mar? Eis uma imagem do que faríamos na baia de São Francisco. São Francisco produz 246 milhões de litros por dia de esgoto. Se imaginarmos um tempo de retenção de 5 dias. para este sistema, precisaríamos de 1.230 milhões de litros para acomodar, e isso seria por volta de 5.200.000m² destes módulos flutuantes OMEGA na baia de São Francisco. Bom, isso é menos de 1% da área da superfície da baia. Ele Produziria 2.000 litros por 1.000 m² por ano, mais de 7,6 milhões de litros de combustível que é 20% do biodiedel, ou do diesel necessário em São Francisco, e isso nada tem a ver com 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 instalar este sistema? Há muitas possibilidades. Há, claro, a baia de São Francisco, como mencionei. A Baia de São Diego é outro exemplo, A Baia Mobile, a baia Chesapeake, mas nas realidade, como o nível do mar sobe, haverá muitas, muitas novas oportunidade a considerar. (Risos)
So what I'm telling you about is a system of integrated activities. Biofuels production is integrated with alternative energy is integrated with aquaculture.
O que estou lhes mostrando é um sistema de atividades integradas. Produção de biocombustíveis integrada com energia alternativa que é 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.
Saí a procura de um jeito para inovar a produção de biocombustíveis sustentável, e no caminho descobri que o que realmente precisamos para sustentabilidade é mais integração do que 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 muita fé em nossa capacidade coletiva e conectiva. Acho que quase não há limites para o que podemos fazer se formos radicalmente abertos e não nos importarmos com quem levará os créditos. Soluções sutentáveis para nossos problemas futuros serão diversificadas e serão muitas. Acho que precisamos considerar tudo, tudo de alfa a OMEGA. Obrigado. (Aplausos) (Aplausos) Chris Anderson: Uma perguntinha rápida, Jonathan. Este projeto pode continuar a progredir dentro da NASA ou precisa de um fundo de energia verde mais ambicioso que chegue e o assuma ? Jonathan Trent: Chegamos a um estágio agora na NASA no qual eles gostariam de mandar isto para fora, e há um monte de questões para se fazer isto nos E.U.A devido a questões de permissão limitada e o tempo necessário para conseguir as permissões para fazer coisas em alto mar. Na realidade, ele necessita, neste momento, de pessoas de fora, e estamos sendo radicalmente abertos com esta tecnologia que iremos colocar a disposição para quaisquer e todos interessados em pegar e tentar realizá-lo. CA: Isto é interessante. Você não está patenteando isto. Você está publicando. JT: Absolutamente. CA: Certo. Muito obrigado. JT: Obrigado. (Aplausos)