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.
Acum câţiva ani am dorit să aflu dacă există posibilitatea de a dezvolta biocombustibili la o scară la care să concureze cu combustibilii fosili dar să nu concureze cu agricultura pentru apă, îngrăşăminte sau teren.
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.
Iată rezultatul. Imaginaţi-vă că am clădi o incintă unde băgăm doar apa freatică, pe care o umplem cu apă menajeră şi o microalgă care produce ulei. Facem incinta dintr-un material flexibil care se mişcă pe valuri sub apă, iar sistemul, desigur, va folosi energie solară ca să crească algele, şi folosim CO2, ceea ce-i bine, iar ele produc oxigen pe măsură ce se dezvoltă. Algele se află într-un container care distribuie căldura în apa dimprejur. Le poţi culege să faci biocombustibili, cosmetice, îngrăşăminte, furaje şi sigur vei avea nevoie de o suprafaţă mare, aşa că vei interfera cu alţe părţi interesate: pescari, vase şi alte asemenea, dar vorbim de biocombustibili, şi ştim cât de important este să ai un combustibil lichid alternativ.
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.
De ce discutăm despre microalge? Aici e un grafic cu mai multe tipuri de culturi care se consideră că produc biocombustibili, şi vedeţi boabele de soia care dau 200 de litri pe acru pe an, sau floarea soarelui, jatropha sau palmierul, iar cilindrul mare, arată cu cât pot contribui algele. Microalgele contribuie cu 7.500 şi 19.000 litri pe acru pe an, comparat cu 190 de litri / acru / an din soia.
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.
Ce sunt microalgele? Sunt micro- adică extrem de mici, aşa cum observaţi în această fotografie a organismelor unicelulare comparate cu firul de păr uman. Aceste mici organisme există de milioane de ani şi sunt mii de specii diferite de microalge în lume, unele cu cel mai rapid ritm de creştere de pe planetă şi care produc multe, multe uleiuri.
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.
De ce să facem asta în larg? Motivul e că dacă privim oraşele de coastă, nu avem alternativă, deoarece vom folosi apa menajeră, cum am sugerat, iar apa menajeră are cele mai multe uzine de purificare în oraşe. Acesta e San Francisco, care deja are 1450 km de ţevi de canalizare pe sub oraş care deversează apa menajeră în larg. Diferite oraşe în lume tratează apa menajeră diferit. Unele o procesează. Altele doar o eliberează în apă. În toate cazurile apa eliberată e potrivită pentru creşterea microalgelor. Să ne imaginăm cum ar arăta sistemul. Îl numim OMEGA, un acronim pentru Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae. (Incinte membranare de cultivare a algelor în larg.) La NASA trebuie să ai acronime bune.
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.
Cum funcţionează? V-am arătat mai devreme. Pui apă şi o sursă de CO2 într-o structură plutitoare, iar apa menajeră oferă nutrienţi pentru creşterea algelor, care reţin CO2, care altminteri s-ar pierde în atmosferă ca gaz de seră. Ele folosesc energia solară ca să crească, iar energie valurilor de la suprafaţă oferă energia necesară amestecării algelor, iar temperatura e reglată de temperatura apei înconjurătoare. Algele în timpul creşterii produc oxigen şi produc şi biocombustibili, îngrăşăminte, hrană şi alte produse algifere de interes.
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.
Sistemul e autonom. E modular. Presupunem că ceva neaşteptat se întâmplă cu unul dintre module. Are scurgeri. E lovit de trăsnet. Apa menajeră care se scurge e apa care deja oricum e deversată în mediul de coastă, iar algele existente sunt biodegradabile, pentru că ele trăiesc în apa menajeră, şi fiind alge de apă dulce, înseamnă că nu supravieţuiesc în apa sărată şi mor. Materialul plastic folosit, cu care se lucrează foarte bine, construim modulele aşa încât să le putem refolosi.
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.
Putem să mergem mai departe cu acest sistem şi să ne gândim la partea referitoare la apă, apa proaspătă, care şi ea va fi o problemă în viitor, şi acuma lucrăm la metode pentru a recupera apa menajeră.
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.
Alt aspect de luat în calcul e structura în sine. Oferă suprafaţă pentru lucruri din ocean, suprafaţă acoperită de plante marine şi alte organisme oceanice, care va deveni un habitat marin îmbunătăţit şi creşte biodiversitatea. Pentru că e o structură în larg, putem considera cum ar putea contribui la o activitate piscicolă în larg.
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.
Vă gândiţi: "Ce idee grozavă! Cum facem să vedem dacă merge?" Am aranjat laboratoare în Santa Cruz la crescătoria California Fish and Game, unde ne-au permis să avem containere mari cu apă de mare să testăm ideile. Am făcut experimente în San Francisco la una din cele 3 uzine de purificare a apei menajere, o altă locaţie unde să testăm ideile. În cele din urmă am vrut să testăm impactul pe care l-ar avea această structură în mediul marin şi am construit un loc pentru cultură la Moss Landing Marine Lab în golful Monterey, unde am lucrat într-un port ca să observăm ce impact ar avea asupra organismelor marine.
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.
Laboratorul din Santa Cruz era pentru startul experimentelor. Acolo creşteam algele, modelam plasticul şi uneltele de construit şi acolo am făcut o grămadă de greşeli, sau, cum ar fi spus Edison, găseam 10 mii de moduri în care sistemul n-ar funcţiona. Am crescut alge în apă menajeră şi am construit dispozitive care să ne permită accesul în lumea algelor ca să le putem urmări pe măsură ce cresc, ce le face fericite, cum să ne asigurăm o cultură viabilă şi înfloritoare. Cea mai importantă parte pe care trebuia s-o dezvoltăm erau foto-bioreactoarele, sau PBR-urile. Aceste structuri care ar pluti la suprafaţă confecţionate dintr-un material plastic ieftin care să permită creşterea algelor. Am imaginat multe forme, marea majoritate eşecuri oribile, şi când, în final am obţinut o formă care funcţiona, la 100 de litri, am mărit-o proporţional la 1700 de litri în 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.
Să vă arăt cum funcţionează sistemul. Luăm apă folosită cu algele dorite, și o circulăm prin această structură plutitoare, tubulară, din plastic. Circulă prin plastic, cu suprafaţa expusă la soare, iar algele se dezvoltă pe seama nutrienţilor.
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.
Doar că e ca şi cum ţi-ai băga capul într-o pungă de plastic. Algele nu se vor sufoca din cauza CO2, ca noi. Ele se sufocă pentru că produc oxigen, care nu le sufocă, dar prezintă probleme, iar ele folosesc tot CO2-ul. Următorul pas a fost să vedem cum scoatem oxigenul. El iese prin această coloană care a circulat o parte din apă, şi a readus CO2, prin barbotarea sistemului înainte de recircularea apei. Aici vedeţi prototipul primei coloane. Coloana mai mare pe care am instalat-o în sistemul activ din 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.
Coloana mai avea o proprietate bună: algele se aşezau în coloană, şi asta ne permitea să adunăm biomasa de alge într-o formă pe care s-o putem recolta uşor. Îndepărtăm algele comasate la baza coloanei apoi le recoltăm printr-o procedură în care le lăsăm să se ridice la suprafaţă, de unde le adunăm cu o plasă.
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.
Am vrut să studiem şi impactul acestui sistem asupra mediului marin. V-am spus că aveam un loc pentru experiment în Moss Landing Marine Lab. Am observat că materialul se încărca cu alge aşa că trebuia să găsim o metodă de curăţare. Am observat şi modul în care interacţionau păsările şi mamiferele marine. Aici e o focă interesată de obiect, care periodic va trece peste acest pat plutitor. Ne-ar fi plăcut să-o angajăm sau s-o dresăm să cureţe suprafaţa baloanelor, dar asta în viitor.
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?
Lurcram de fapt pe patru direcţii. Cercetam biologia sistemului adică modul de creştere al algelor, dar şi ce le mânca sau ce le omora. Am făcut şi inginerie ca să putem construi structura la scară redusă dar şi ca să aflăm cum o vom construi la scara enormă ce urma să fie folosită. Am studiat păsările şi mamiferele marine şi impactul sistemului asupra mediului, dar şi partea economică constând în ce energie era necesară ca sistemul să funcţioneze? Energia rezultată e mai mare decât energia necesară ca sistemul să funcţioneze? Dar costurile de funcţionare? Dar costurile de investiţie? Care e economia întregii structuri?
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.
N-o să fie uşor, şi e mult de lucru în toate cele patru domenii ca să putem pune sistemul în funcţiune. Dar nu avem mult timp la dispoziţie şi vă voi arăta cum a conceput sitemul un artist dacă s-ar afla într-un golf protejat undeva în lume, iar în fundal se vede uzina de tratare a apei menajere şi o sursă de aducţie pentru CO2. Când calculezi economia sistemului vezi că va fi greu să-l realizezi, dacă nu ţii cont că-i o cale de tratare a apei menajere, de captare a carbonului şi că poate avea implicaţii la panourile fotovoltaice, energia valurilor sau eoliană. Dacă începi să te gândeşti cum să integrezi toate aceste activităţi diferite, ai putea include într-un asemenea sistem şi acvacultura. Am avea sub sistem o crescătorie de crustacee unde să creştem midii sau scoici. Am creşte stridii care ar furniza produse cu mare valoare alimentară, şi ăsta va fi indicele nostru pentru extinderea treptată a sistemului până va fi competitiv pentru producerea de carburant.
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.
E o mare problemă care se iveşte, cea a plasticului în ocean, deloc agreat în prezent, aşa că am căutat argumente. Ce vom face cu tot acest plastic pe care-l vom folosi în mediul marin? Nu ştiu dacă ştiţi, dar în California o cantitate uriaşă de plastic cu utilizări în diverse domenii, cu rol protector, iar acesta e un plastic folosit pentru mici sere chiar pe suprafaţa solului, cu rol de încălzire pentru extinderea sezonului de creştere, care permite controlul buruienilor, şi care fac eficientă irigarea. Aşa că sistemul OMEGA aparţine categoriei cu astfel de rezultate, iar când îl vom folosi în mediul marin, sperăm că-l vom folosi şi pe terenuri.
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.
Unde o să-l punem şi cum va arăta în larg? Iată ce am realizat în golful San Francisco. San Francisco produce 250 milioane de litri/zi de apă menajeră. Considerând un timp de retenţie de 5 zile necesar sistemului, avem nevoie de 1230 milioane l, adică 5200 m pătraţi de module OMEGA să plutească prin golful San Francisco. Asta înseamnă mai puţin de 1% din suprafaţa golfului. Ar produce la 7500 l / 4000 mp / an peste 7,5 mil. l de combustibil, adică 20% combustibil biodiesel (motorină), din combustibilul diesel folosit în San Francisco, şi asta fără să eficientizăm deloc sistemul.
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)
Unde altundeva putem pune acest sistem? Sunt multe variante. Golful San Francisco e una. Golful San Diego, o alta. Golful Mobile sau Chesapeake, dar nivelul mării creşte, vor fi multe alte variante de luat în calcul. (Râsete)
So what I'm telling you about is a system of integrated activities. Biofuels production is integrated with alternative energy is integrated with aquaculture.
V-am vorbit despre un sistem de activităţi integrate. Producerea de biocombustibil e integrată cu energie alternativă, integrată cu acvacultură.
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.
Am plecat să găsec o cale inovativă şi durabilă de producere a biocombustibililor, ca să descopăr pe parcurs că integrarea oferea o sustenabilitate mai mare decât inovaţia.
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)
Pe termen lung am mare încredere în ingeniozitatea noastră colectivă interdisciplinară. Cred că nu există limite pentru ce putem realiza dacă suntem total deschişi şi nu ne pasă cine ia premiu. Soluţii sustenabile pentru problemele viitoare vor fi diverse şi numeroase. Cred că trebuie să ţinem cont de tot, absolut tot, de la ALFA la OMEGA. Vă mulţumesc. (Aplauze) Chris Anderson: O întrebare scurtă, Jonathan. Acest proiect va putea continua cercetarea în cadrul NASA sau aveţi nevoie de un fond foarte ambiţios pentru energie verde? Jonathan Trent: Acum se află într-un stadiu în care NASA ar dori să-l propulseze afară, în larg, dar ne confruntăm cu destule probleme cu realizarea în SUA din cauza aprobărilor limitate şi a timpului necesar obţinerii aprobărilor ca să realizăm asta în larg. La momentul de faţă avem nevoie de oameni dinafară, şi suntem extrem de deschişi cu această tehnologie aşa încât dorim s-o lansăm cu ajutorul oricui şi a tuturor celor interesaţi să o adopte şi să o facă să devină realitate. CA: Interesant. Nu o patentaţi, ci o publicaţi. JT: Absolut. CA: Bine, îţi mulţumesc din suflet. JT: Mulţumesc. (Aplauze)