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.
Несколько лет назад я решил выяснить, возможно ли создать такое биотопливо, которое могло бы заменить горючие полезные ископаемые, но не создавало бы конкуренцию сельскому хозяйству в плане водных ресурсов, удобрения или земли.
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.
И вот что я придумал. Представьте себе, что мы построили камеру, поместили её под воду и наполнили сточными водами и некоторыми видами микроводорослей, которые производят нефть. Мы сделаем эту камеру из какого-либо гибкого материала, который будет двигаться под водой вместе с волнами. Конечно, в системе, которую мы собираемся построить, будет использоваться солнечная энергия для выращивания водорослей, а они используют CO2, что хорошо, и по мере роста они производят кислород. Растущие водоросли находятся в контейнере, который отдаёт тепло в окружающую воду, и мы сможем собирать водоросли и использовать для биотоплива, косметики, удобрений и кормов для животных. Конечно, нужно будет заполнить большую площадь, так что придётся избегать конкуренции со стороны, например, рыбаков и кораблей и тому подобного, но что поделаешь — мы ведь говорим о биотопливе! И мы знаем, насколько важно получить альтернативное жидкое топливо.
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.
Почему мы говорим именно о микроводорослях? Вы видите график, показывающий различные типы сельскохозяйственных культур, которые рассматриваются как потенциальная основа для биотоплива, и вы можете здесь видеть такое растение, как соевые бобы, которые производят 190 литров на 4 000 кв. метров в год, или подсолнечник, или рапс (канола), или ятрофа, или пальма. А этот длинный столбик показывает, сколько могут произвести микроводоросли. А именно, микроводоросли производят от 7 500 до почти 19 000 литров на 4 000 кв. метров за год, по сравнению со 190 литрами в год из сои.
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.
Так что такое микроводоросли? Микроводоросли потому и называются микро-, потому что они очень маленькие, как можно здесь видеть, на изображении этих одноклеточных организмов в сравнении с человеческим волосом. Эти крошечные организмы существовали миллионы лет, и сейчас есть тысячи различных видов микроводорослей в мире, некоторые из которых являются самыми быстро растущими растениями на планете и производят, как я только что показал, огромное количество нефти.
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.
Так почему мы хотим делать это в прибрежной зоне? Что ж... причина, по которой мы делаем это в прибрежной зоне — если вы посмотрите на прибрежные города, то увидите, что выбора нет, потому что мы собираемся использовать сточные воды, как я и предложил, а если вы посмотрите, где находится большинство очистных сооружений, — они встроены в города. Это Сан-Франциско, под которым уже находится 1 500 км канализационных труб, и сточные воды из них сливаются в море. Разные города в мире по-разному поступают со сточными водами. Некоторые перерабатывают их. Некоторые просто сливают воду. Но во всех случаях сточная вода идеально подходит для выращивания микроводорослей. Итак, давайте вообразим, как всё это может происходить. Мы называем эту систему OMEGA, что расшифровывается как Оффшорное мембранное огораживание для выращивания водорослей. В НАСА приходится придумывать хорошие сокращения.
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.
Так как это работает? Я вам это уже, можно сказать, показал. Мы помещаем сточную воду и источник СО2 в плавучую конструкцию, сточная вода обеспечивает водоросли питательными веществами, что позволяет им расти, и они впитывают углекислый газ, который в противном случае поступил бы в атмосферу как парниковый газ. Для роста они, конечно, используют солнечную энергию, энергия волн на поверхности даёт энергию для смешивания водорослей, а температура контролируется температурой окружающей воды. Растущие водоросли производят кислород, как я уже упоминал, а также они производят и биотопливо, и удобрение, и продовольствие, и другие продукты, которые можно получить из водорослей.
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.
И эта система самодостаточна. Что я имею в виду? Она состоит из автономных модулей. Допустим, что-то случится, что-то совершенно неожиданное, с одним из модулей. Он начнёт протекать. В него ударит молния. Сточные воды, которые вытекут, уже будут водой, которая подходит для прибрежной среды, и водоросли, которые вытекут с ними, поддаются биологическому разложению, а так как они живут в сточных водах, они пресноводные, что означает, что они не могут существовать в солёной воде, поэтому они погибают. Тип пластика, из которого это будет построено, будет какой-нибудь известный, проверенный, и мы восстановим наши модули, чтобы повторно их использовать.
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.
Мы можем не ограничиваться этой системой, которую я вам показываю, то есть, мы должны думать о воде, о пресной воде, что также будет проблемой в будущем, и сейчас мы работаем над методами, которые позволят очищать сточные воды.
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.
Ещё одна вещь, которую стоит учитывать — это сама структура. Она будет служить поверхностью для обитателей в океане, и эта поверхность, покрытая морскими водорослями и другими морскими организмами, создаст дополнительную среду обитания. Таким образом, она будет способствовать росту биоразнообразия. И, наконец, так как это прибрежная установка, мы можем задуматься о том, как она может способствовать активности прибрежных аквакультур.
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.
Итак, вы, вероятно думаете: «Ого, похоже это хорошая идея. Что можно сделать, чтобы увидеть, реально ли это?» Что ж... я создал лаборатории в Санта-Крузе, на предприятии охотничьего и рыбного хозяйства в Калифорнии. Там были установлены большие контейнеры с морской водой, чтобы проверить некоторые из этих идей. Мы также проводили эксперименты в Сан-Франциско в одном из трёх заводов по переработке сточных вод, опять же — место для испытания идей. И наконец, мы хотели увидеть, каково будет влияние этой структуры на морскую среду, и мы создали испытательную площадку в морской лаборатории Мосс-Лендинг в заливе Монтерей, там мы работали в гавани, чтобы посмотреть, как это скажется на морских организмах.
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.
Лаборатория в Санта-Крузе была нашей опытной мастерской. Там мы выращивали водоросли, варили пластик, делали инструменты и совершали много ошибок, или, как сказал Эдисон: мы искали 10 000 способов, при которых система не работала. Сейчас мы вырастили водоросли в сточных водах, и мы создали инструменты, позволившие нам проникнуть в жизнь водорослей, чтобы мы могли наблюдать за их ростом, за тем, что им нравится, и как сделать так, чтобы они выживали и процветали. Наиболее важной вещью, которую нам пришлось разработать, были так называемые фотобиореакторы. Это плавучие конструкции, сделанные из какого-либо недорогого пластика, в которых могут расти водоросли. Мы сделали множество конструкций с разным дизайном, но большинство из них были кошмарными и неудачными. А когда мы, наконец, нашли дизайн, который подходил, мы увеличили их вместимость со 113,5 литров до 1 700 литров. Это все было в Сан-Франциско.
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.
Итак, позвольте мне показать, как работает эта система. Мы берём сточные воды и водоросли на наш выбор и прогоняем их через плавучее сооружение, эту гибкую пластиковую структуру из труб. Таким образом, сточные воды циркулируют в этой штуке. И, конечно, есть ещё солнечный свет, он на поверхности, и водоросли растут с помощью питательных веществ.
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.
Но это примерно как надеть на голову пластиковый пакет. Водоросли не задохнутся из-за углекислого газа, как мы. Они задохнутся, потому что производят кислород, то есть, они не то чтобы задохнутся, но кислород, который они производят, является проблемой, а они используют весь углекислый газ. Поэтому следующее, что мы должны были выяснить — как удалить кислород. Это мы и сделали, построив вот такое вертикальное отделение, в которое уходила часть воды и там насыщалась углекислым газом до того, как снова поступить в систему. То, что вы видите — это прототип, который был первой попыткой создания такого отделения. Более крупную модель мы позднее установили в Сан-Франциско в существующую систему.
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.
У этого отделения была ещё одна очень полезная функция, а именно — водоросли там оседали, что позволяло накапливать биомассу таким образом, что её легко было собрать. Итак, мы отделяем водоросли, собравшиеся в нижней части отделения, а затем мы можем собрать водоросли, поднимая их на поверхность и просеивая через сетку.
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.
Итак, мы также хотели изучить, каково будет влияние этой системы на морскую среду. Я упоминал, что мы проводили этот эксперимент на испытательной площадке в морской лаборатории Мосс-Лендинг. И мы обнаружили, что этот материал, естественно, весь зарос водорослями, и нам пришлось разрабатывать процедуру очистки. Мы также наблюдали за тем, как взаимодействовали с системой морские птицы и млекопитающие, и видите, вот морская выдра, которая очень ею заинтересовалась и периодически перелезала через эту маленькую плавучую подушку, и мы хотели нанять этого парня или научить его чистить поверхность этих штук, но это в будущем.
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?
Теперь, собственно, что мы делали: мы работали в четырёх направлениях. Наши исследования охватывали биологию системы, что включало в себя изучение роста водорослей, и также того, что едят водоросли, и того, что их убивает. Мы занимались инженерией, чтобы понять, что нам потребуется, чтобы построить эту конструкцию не только в небольшом масштабе, но и в том огромном масштабе, который в конечном итоге потребуется. Я говорил, что мы наблюдали за птицами и морскими млекопитающими и смотрели, какое воздействие оказывает система на окружающую среду и, наконец, мы принимали в расчёт экономическую составляющую. Под экономической составляющей я имею в виду следующее: Какая энергия потребуется для работы системы? Получите ли вы больше энергии, чем затратите на поддержание её функционирования? А как насчёт эксплуатационных расходов? А как насчёт основных затрат? А что можно сказать об экономической структуре в целом?
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.
Позвольте мне сказать, что это не будет легко, надо ещё много работать во всех этих четырёх областях, чтобы система действительно заработала. Но у нас мало времени, и я хотел бы показать вам, как может выглядеть эта система, если она находится в защищённой бухте в любом уголке мира, а на заднем плане на этом изображении — завод по переработке сточных вод и источник дымовых газов. Однако если вы всё просчитаете, то поймёте, что это будет трудно осуществить. Разве что мы рассмотрим эту систему как способ обработки сточных вод и поглощения углерода, и в перспективе она будет работать с фотоэлектрическими панелями или использовать энергию волн или даже ветра. И если начать рассматривать всё это с точки зрения интеграции всех этих различных процессов, то можно также включить и аквакультуры. Под этой системой будут расти моллюски, мидии и гребешки. Мы сможем выращивать устрицы и другие ценные продукты, и это будет движущей силой на рынке, когда мы будем строить систему и укрупнять её и, в конечном счёте, она станет конкурентоспособной для того, чтобы создавать топливо.
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.
Но тут обязательно возникает одна серьёзная проблема, потому что сейчас океан сильно загрязнён пластиком, и поэтому мы думали, как создать безотходную систему. Что мы будем делать со всем этим пластиком, который необходимо будет использовать в морской среде? Не знаю, слышали ли вы об этом, но в Калифорнии огромное количество пластика сейчас используется в полях в качестве мульчирующего покрытия. Именно из пластика получаются эти крошечные теплицы прямо над поверхностью земли, что обеспечивает нагрев почвы для увеличения периода роста, позволяет нам контролировать сорняки и, конечно, делает полив гораздо более эффективным. Таким образом, система Омега станет частью подобного проекта, и когда мы закончим использовать пластик в морской среде, мы будем использовать его, надеюсь, на полях.
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.
Куда мы все это установим и как это будет выглядеть в прибрежной зоне? Вот изображение того, что мы могли бы сделать в заливе Сан-Франциско. Сан-Франциско производит 246 000 кубических метров сточных вод в день. Если мы зададим 5-дневное время пребывания в этой системе, нам потребуется миллион кубических метров для размещения воды, и это будет более 5 миллионов квадратных метров модулей Омега, плавающих в заливе Сан-Франциско. Но это менее одного процента площади поверхности залива. При производительности 7 500 литров на 4 тысячи кв.м. в год система будет производить более 7,5 миллионов литров топлива, что составляет около 20% биодизеля, или дизеля, который потребуется в Сан-Франциско, и это — не делая ничего для повышения эффективности.
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)
Где бы мы ещё могли разместить эту систему? Существует много возможностей. Конечно, в заливе Сан-Франциско, как я уже упоминал. Ещё один пример — залив Сан-Диего, а также залив Мобил или Чесапикский залив, причём реальность такова, что уровень моря поднимается, так что возникнет множество новых возможностей. (Смех)
So what I'm telling you about is a system of integrated activities. Biofuels production is integrated with alternative energy is integrated with aquaculture.
Таким образом, то, о чем я вам рассказываю — это комплексная система, объединяющая разные процессы. Производство биотоплива совмещается с производством альтернативной энергии и с аквакультурами.
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.
Я начал искать инновационный способ производить экологичное биотопливо, и в процессе этого я обнаружил, что для обеспечения его жизнеспособности и рациональности интеграция более необходима, чем инновации.
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)
У меня есть вера в будущее, в нашу коллективную и совместную изобретательность. Я думаю, что почти нет предела тому, чего мы можем достичь, если будем полностью открыты и если нам будет неважно, кто получит признание. Экологически рациональные решения наших будущих проблем будут различными, и их будет много. Я думаю, что нужно рассмотреть все возможные решения, все, от альфы до омеги. Спасибо. (Аплодисменты) (Аплодисменты) Крис Андерсон: Небольшой вопрос для вас, Джонатан. Может ли этот проект продолжать двигаться вперёд в рамках НАСА или нужно, чтобы какой-нибудь амбициозный фонд «зелёной энергии» вмешался и взял его реализацию в свои руки? Джонатан Трент: Сейчас мы уже подошли к такой стадии в НАСА, что хотели бы, чтобы всё это во что-то вылилось, но есть много проблем с осуществлением этого в США из-за ограничений на выдачу разрешений и времени, необходимого для получения разрешений на то, чтобы строить прибрежные конструкции. На данный момент, действительно, нужны люди извне, и мы полностью открыты в плане этой технологии, которую собираемся внедрить. Мы готовы сотрудничать со всеми, кто заинтересован и постарается воплотить проект в реальность. КА: Это интересно. Вы не патентуете его. Вы публикуете его. ДТ: Именно. КА: Хорошо. Спасибо большое. ДТ: Спасибо. (Аплодисменты)