Parę lat temu zacząłem się zastanawiać,
czy jest taka możliwość stworzenia biopaliw,
które mogłyby konkurować z paliwami kopalnianymi,
nie konkurując z rolnictwem o zasoby wody,
nawozy sztuczne czy ziemię.
Oto mój pomysł.
Wyobraźmy sobie, że budujemy zbiornik.
Umieszczamy go pod wodą i wypełniamy ściekami
oraz mikroalgami produkującymi olej.
Zbiornik stworzony jest z elastycznego materiału,
który porusza się wraz z falami morskimi.
Cały system, który chcemy wybudować,
będzie wykorzystywał energię słoneczną do uprawy alg.
Algi wykorzystują dwutlenek węgla
i produkują tlen.
Będą rosły w zbiorniku
oddającym ciepło do otaczającej wody,
będzie można je zbierać i tworzyć z nich biopaliwa
oraz kosmetyki, nawozy i karmę dla zwierząt.
Zajmowałoby to dużą powierzchnię,
więc trzeba wziąć pod uwagę takie elementy
jak rybacy, statki i tym podobne,
ale w końcu mówimy o biopaliwach,
a wiadomo, jak ważne jest znalezienie
alternatywnych paliw ciekłych.
Dlaczego mówimy o mikroalgach?
Spójrzmy na wykres, przedstawiający różne typy roślin uprawnych,
z których możnaby tworzyć biopaliwa.
Jak widać, z hektara soi można uzyskać
rocznie 190 litrów paliwa.
Podobnie rzecz się ma ze słonecznikiem, rzepakiem, jatrofą i palmą.
Ten wysoki słupek pokazuje potencjał mikroalg.
Z hektara ich upraw w ciągu roku, można wyprodukować
od 75 do 190 tysięcy litrów paliwa,
podczas gdy z soi zaledwie 190 litrów.
Czym są mikroalgi?
To mikroskopijne organizmy jednokomórkowe,
które możecie zobaczyć na tym zdjęciu
porównane z ludzkim włosem.
Te malutkie organizmy istnieją na świecie od milionów lat
i rozróżnia się je na tysiące gatunków.
Niektóre z nich to najszybciej rosnące rośliny na Ziemi,
które, jak wam pokazałem, produkują dużo oleju.
Ale czemu uprawa w wodzie?
Jeśli by spojrzeć na miasta położone nad wodą,
to tak naprawdę nie ma wyboru: chcemy wykorzystywać zanieczyszczoną wodę,
a większość oczyszczalni ścieków
znajduje się w miastach.
Pod San Francisco jest prawie 1,5 kilometra rur kanalizacyjnych,
z których ścieki wpadają do wód przybrzeżnych.
Każde miasto na świecie inaczej postępuje ze ściekami.
Niektóre je przetwarzają, inne wylewają.
Tak czy inaczej,
woda ta nadaje się do uprawy mikroalg.
Jak mógłby wyglądać taki system?
W skrócie nazywamy go OMEGA,
od: Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae
(Przybrzeżne Membranowe Zbiorniki do Uprawy Alg).
W NASA wymagają dobrych skrótów.
W jaki sposób to działa?
Właściwie już wam pokazałem.
Do naszej dryfującej struktury wpompowujemy ścieki
i jakieś źródło dwutlenku węgla.
Ścieki dostarczają algom składników odżywczych, dzięki którym rosną,
przechwytując dwutlenek węgla,
który inaczej ulotniłby się do atmosfery jako gaz cieplarniany.
Do wzrostu używają energię słoneczną,
a energia z fal umożliwia im mieszanie.
Temperatura jest utrzymywana
przez wodę, która otacza strukturę.
Tak jak wspomniałem, rosnące algi produkują tlen,
ale także biopaliwa, nawóz, jedzenie
i bi-algalne produkty, które mogą być przydatne.
System jest podzielny.
Co to oznacza?
Składa się z modułów.
Załóżmy, że w jednym z nich wydarzy się coś nieoczekiwanego.
Zaczyna przeciekać albo uderzył w niego piorun.
Wyciekające z niego ścieki trafiają do wód przybrzeżnych,
tak samo, jak trafiają do nich teraz.
Natomiast uwolnione algi ulegają biodegradacji.
Ponieważ żyją w ściekach
i są algami słodkowodnymi,
nie mogą przeżyć w słonej wodzie, więc giną.
Plastik, którego użyjemy to jakiś dobrze znany materiał,
który już wcześniej używaliśmy.
Korzystając z niego, załatamy moduł.
Możemy zrobić kolejny krok
i pomyśleć szerzej o takich kwestiach jak czysta woda,
której brak będzie problemem w przyszłości.
Pracujemy nad metodami odzyskiwania wody ze ścieków.
Kolejną kwestią jest sama konstrukcja.
Stanowi powierzchnię dla stworzeń w oceanie.
Ta powierzchnia przykryta wodorostami
i innymi organizmami oceanicznymi
wzbogaci środowisko wodne,
a co za tym idzie - bioróżnorodność.
W końcu, ze względu na umiejscowienie na wodzie,
należy zastanowić się, w jaki sposób
może być wykorzystana w akwakulturze.
Pewnie myślicie: "Wow, brzmi świetnie.
Ale jak możemy sprawdzić, czy to zadziała?".
Założyłem laboratoria w Santa Cruz przy kalifornijskiej organizacji
(ang. California Fish and Game),
gdzie w dużych zbiornikach wody morskiej
przetestowaliśmy nasze pomysły.
Eksperymenty przeprowadziliśmy także w San Francisco,
w jednej z trzech oczyszczalni ścieków.
Na końcu, chcąc zbadać wpływ
naszej struktury na środowisko wodne,
zbudowaliśmy plac na lądzie,
w miejscu zwanym Moss Landing Marine Lab
w Zatoce Monterey, gdzie pracowaliśmy w porcie
badając wpływ tej struktury na organizmy morskie.
Laboratorium w Santa Cruz było miejscem, w którym eksperymentowaliśmy.
Tam uprawialiśmy algi, spawaliśmy plastik, tworzyliśmy narzędzia
i popełnialiśmy wiele błędów
lub, jak powiedział Edison,
znajdowaliśmy 10 000 sposobów na niedziałanie systemu.
Uprawialiśmy algi w wodzie ściekowej i stworzyliśmy narzędzia,
dzięki którym monitorowaliśmy ich rozwój
i szukaliśmy sposobu, jak sprawić, aby były szczęśliwe
i aby powstało środowisko,
w którym nasze mikroalgi przetrwają.
Kluczową częścią było zaprojektowanie tak zwanych fotobioreaktorów,
czyli struktur unoszących się na powierzchni wody
i wykonanych z niedrogiego, plastikowego materiału,
co umożliwiałoby algom wzrost.
Stworzyliśmy wiele projektów, z których większość była porażką.
W końcu znaleźliśmy odpowiedni projekt,
który działał przy objętości 115 litrów,
i w San Francisco powiększyliśmy objętość do 1700 litrów.
Jak działa ten system?
Zużyta woda z wybranymi algami
jest przepuszczana przez pływającą strukturę,
która jest systemem elastycznych, plastikowych rur.
Woda krąży w tej strukturze,
a dzięki światłu słonecznemu przy powierzchni
i składnikom odżywczym, algi mogą rosnąć.
To trochę tak, jakby włożyć głowę do foliowej torby.
W przeciwieństwie do ludzi
algi nie uduszą się pod wpływem dwutlenku węgla,
ale dlatego, że produkują tlen.
Problemem jest to,
że produkując tlen, algi zużywają cały dwutlenek węgla.
Kolejnym krokiem było wymyślenie, jak usunąć tlen.
Osiągnęliśmy to dzięki kolumnie mieszającej wodę.
A żeby nasycić wodę dwutlenkiem węgla,
dodaliśmy do niej pęcherzyki z CO2, przed ponownym jej wejściem w obieg.
Tutaj widać prototyp,
będący pierwszą próbą budowy kolumny tego typu.
Kolumna była większa od tej,
którą wykorzystaliśmy w systemie w San Francisco.
Kolumna ma jeszcze inną przydatną funkcję.
Algi osadzają się w kolumnie,
co pozwoliło nam na akumulację algowej biomasy,
bo dzięki temu można je łatwo zebrać.
Przenosimy algi, które nagromadziły się na dnie kolumny
i dzięki specjalnej procedurze sprawiamy,
że wypływają na powierzchnię, z której można je zebrać za pomocą sieci.
Chcieliśmy także zbadać,
jaki byłby wpływ takiego systemu na środowisko morskie.
Jak już wspomniałem, przeprowadzilismy eksperyment
w Moss Landing Marine Lab.
Okazało się, że tworzywo obrasta algami,
więc musieliśmy stworzyć procedurę czyszczenia.
Sprawdziliśmy również, jak reagowały ptaki oraz ssaki morskie.
To wydra morska, której spodobała się nasza konstrukcja
i raz na jakiś czas przepływała przez tą niewielką pływającą platformę.
Chcieliśmy nawet ją zatrudnić
i wyszkolić do czyszczenia powierzchni,
ale to zadanie na przyszłość.
Co konkretnie robiliśmy?
Nasze działania można podzielić na cztery grupy.
Pierwsza to biologia systemu,
czyli badanie, jak algi rosną, co się nimi żywi oraz co je niszczy.
Zajęliśmy się inżynierią, żeby zrozumieć,
czego potrzebujemy do zbudowania tej konstrukcji,
nie tylko na małą, ale przede wszystkim na ogromną skalę,
która ostatecznie będzie wymagana.
Wspomniałem, że obserwowaliśmy zachowanie ptaków i ssaków morskich
oraz wpływ systemu na środowisko.
Na koniec, zbadaliśmy ekonomię przedsięwzięcia.
Co przez to rozumiem?
Jakiej energii potrzebujemy do działania systemu?
Czy w wyniku działania systemu
otrzymamy więcej energii,
niż musieliśmy do niego dostarczyć?
I co z kosztami operacyjnymi?
Co z kosztami inwestycyjnymi?
No i co ze strukturą ekonomiczną?
Powiem wam, że nie będzie łatwo.
Jest jeszcze mnóstwo do zrobienia w każdej
z tych czterech dziedzin, żeby system mógł działać.
Nie mamy teraz za dużo czasu, ale chciałbym wam pokazać,
jak ten system mógłby wyglądać,
gdybyśmy znajdowali się w kontrolowanej zatoce,
w jakimś miejscu na świecie.
Zdjęcie w tle przedstawia oczyszczalnię ścieków
oraz źródło dwutlenku węgla w postaci gazów spalinowych,
ale jeśli przyjrzeć się rentowności tego systemu
okazuje się, że będzie ciężko sprawić, aby system miał sens.
Chyba że spojrzymy na system jako sposób oczyszczania wody,
przechwytywania CO2 i potencjalnie jako miejsce na fotowoltaiczne panele
czy wykorzystanie energii fal morskich, a nawet energii wiatrowej.
Mając na celu integrację różnych rozwiązań,
można by dołączyć także akwakulturę.
Pod systemem moglibyśmy założyć hodowle skorupiaków,
gdzie hodowalibyśmy małże i przegrzebki
Hodowalibyśmy ostrygi i inne organizmy,
które wytwarzają wysokiej jakości produkty oraz pożywienie.
W miarę powiększania się systemu
jego funkcjonalność stałaby się na tyle istotna dla rynku,
że mogłaby konkurować z ideą tworzenia struktur do produkcji paliwa.
Nasuwa się jeszcze jedno ważne pytanie.
Obecnie plastik w oceanie ma bardzo złą reputację,
więc rozważaliśmy, jak można by go powtórnie wykorzystać.
Co zrobimy z tym całym plastikiem
po wykorzystaniu go w morskim środowisku?
Nie wiem, czy o tym słyszeliście,
ale w Kalifornii wykorzystuje się ogromne ilości plastiku
na polach jako plastikową ściółkę.
Plastik tworzy malutkie cieplarnie
zaraz przy powierzchni gleby.
Pozwala to na ogrzanie ziemi, wydłużając okres wegetacyjny,
umożliwia kontrolowanie chwastów
oraz sprawia, że podlewanie jest o wiele wydajniejsze.
System OMEGA będzie częścią takiego rozwiązania
i kiedy skończymy wykorzystywać plastik w środowisku wodnym,
znajdzie on swoje zastosowanie na polach.
Ale gdzie to umieścimy
i jak będzie to wyglądać?
Tak mogłaby wyglądać Zatoka San Francisco.
San Francisco produkuje 250 milionów litrów ścieków dziennie.
Zakładając, że system byłby w stanie pomieścić ścieki wytworzone w ciągu 5 dni,
potrzebowalibyśmy pomieścić 1230 milionów litrów,
co daje około 5 180 milionów metrów kwadratowych
pływających modułów w Zatoce San Francisco.
To mniej niż jeden procent powierzchni Zatoki.
Zakładając produkcję 1 900 litrów na tysiąc metrów kwadratowych,
dostarczałoby to ponad 7,5 miliona litrów paliwa rocznie,
co daje około 20% biopaliwa
z zapotrzebowania San Francisco na paliwo
i to nie dbając o wydajność.
Gdzie jeszcze moglibyśmy umieścić system?
Jest mnóstwo możliwości.
Jak wspomniałem, w Zatoce San Francisco.
Kolejne przykłady to Zatoka San Diego,
Zatoka Mobile czy Zatoka Chesapeake.
W miarę podnoszenia się poziomu wód,
będzie coraz więcej możliwości do rozważenia. (Śmiech)
Mówimy o systemie zintegrowanych rozwiązań.
Produkcja biopaliw połączona
z produkcją alternatywnej energii oraz akwakulturą.
Zaczęło się od próby znalezienia
innowacyjnej metody produkcji zrównoważonego biopaliwa,
ale po drodze odkryłem,
że to co jest naprawdę ważne dla zrównoważonego rozwoju
jest integracja ponad innowacyjnością.
W dłuższej perspektywie czasu głęboko wierzę
w naszą zbiorową i połączoną pomysłowość.
Wierzę, że to, co możemy osiągnąć jest praktycznie nieograniczone,
jeśli tylko będziemy bezgranicznie otwarci
i nie będzie ważne, komu przypisane zostaną zasługi.
Odnawialne rozwiązania przyszłych problemów
będą różnorodne i będzie ich wiele.
Uważam, że musimy rozważyć wszystko.
Wszystko, rozpoczynając od alfa, i na OMEGA kończąc.
Dziękuję.
(Brawa)
Chris Anderson: Krótkie pytanie, Jonathan.
Czy ten projekt może być kontynuowany w ramach NASA,
czy potrzebne będą jakieś inne pokaźne środki finansowe
wspierające ekologiczną energię?
Jonathan Trent: NASA chciałoby
pójść z tym dalej,
ale w USA jest dużo problemów
z uzyskaniem zezwoleń
na prowadzenie działań na wodzie
oraz czasem uzyskiwania tych zezwoleń.
W tym momencie, potrzebni są ludzie z zewnątrz.
Jeśli chodzi o tę technologię,
jesteśmy bardzo otwarci na każdego i na wszystkich,
którzy chcieliby podjąć się tego zadania
i sprawić, że stanie się rzeczywistością.
CA: Co jest interesujące, nie patentujecie tego, ale publikujecie.
JT: Jak najbardziej.
CA: Bardzo dziekuję.
JT: Dziękuję. (Brawa)