Jonathan Trent: Energia da microalghe in moduli galleggianti

Chiamatelo "carburante senza fossili": Jonathan Trent sta lavorando ad un progetto per sviluppare nuovi biocarburanti dalla coltivazione di microalghe in moduli che galleggiano in mare, che utilizzano le acque reflue delle città. Ascoltate l'audace visione della sua squadra per il progetto OMEGA (Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae) e come potrebbe fornire energia in futuro.

Alcuni anni fa cercavo di capire

se fosse possibile sviluppare i biocarburanti

a un livello tale da competere con i combustibili fossili,

ma senza competere con l'agricoltura per acqua,

fertilizzanti o terra.

Ecco cosa mi è venuto in mente.

Immaginate un bacino collocato appena sotto

la superficie dell'acqua, in cui immettere acque reflue

e alcuni tipi di microalghe che producono olio,

una struttura costruita con un tipo di materiale flessibile

che segue il moto ondoso;

il dispositivo che realizzeremo userà, naturalmente,

la luce solare per far crescere le alghe,

e queste assorbiranno CO2, il che è positivo,

e produrranno ossigeno man mano che crescono.

Il bacino in cui crescono le alghe

propaga calore alle acque circostanti,

e le alghe si possono utilizzare per biocarburanti,

cosmetici, fertilizzanti e mangimi.

Certo servirebbe una vasta area per la coltivazione,

il che interferirebbe con le attività

di pescatori, navi e simili. Ma attenzione,

stiamo parlando di biocarburanti,

e sappiamo quanto sia importante poter contare

su un combustibile liquido alternativo.

Perché abbiamo considerato le microalghe?

Qui vedete un grafico che mostra i diversi tipi

di colture attualmente impiegate per i biocarburanti.

Ci sono vegetali come la soia,

con una resa di 190 litri per ettaro all'anno,

o il girasole, la colza, la jatropha o la palma,

e il valore più alto è quello relativo alle microalghe.

Vale a dire, tra circa 7.500

e 19.000 litri per ettaro all'anno,

rispetto ai 190 litri per ettaro all'anno dalla soia.

Ma che sono le microalghe? Sono alghe microscopiche,

cioè sono estremamente piccole, e nella foto vedete

le dimensioni di questi organismi unicellulari

rispetto a un capello umano.

Questi piccoli organismi esistono

da milioni di anni, e ci sono migliaia

di specie diverse di microalghe in tutto il mondo,

con esemplari a maggiore velocità di crescita
di tutto il pianeta,

e che producono, come vi ho appena indicato,
tantissimo olio.

Ora, perché dovremmo utilizzare le coste?

Beh, il motivo è che, considerando l'ubicazione

delle nostre città costiere, non c'è altra scelta,

per via dell'impiego di acque reflue, come vi dicevo,

e la maggior parte degli impianti di depurazione

delle acque reflue si trovano nelle città costiere.

Questa è la città di San Francisco, che ha già 1450 km

di condotte fognarie

che riversano le acque reflue in mare.

Ogni città del mondo tratta le proprie acque reflue

in modo diverso. Alcune le filtrano.

Altre semplicemente le rilasciano.

Ma in ogni caso, l'acqua che fuoriesce

è l'ideale per la coltivazione di microalghe.

Ma vediamo come sarebbe un sistema del genere.

Noi lo chiamiamo OMEGA, acronimo di

*Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae*.

Alla NASA bisogna ideare dei buoni acronimi.

Ma come funziona? Vi ho già dato qualche accenno.

Immettiamo acque reflue e prodotti che generano CO2

nella struttura galleggiante.

I liquami forniscono alle alghe i nutrienti per crescere,

e catturano la CO2 che altrimenti si disperderebbe

nell'atmosfera sotto forma di gas serra.

Utilizzano ovviamente luce solare per crescere,

e l'energia delle onde sulla superficie fornisce energia

per miscelare le alghe, e la temperatura

è controllata da quella dell'acqua circostante.

Le alghe che crescono producono ossigeno,
come ho già detto,

e producono anche biocarburanti, fertilizzanti, cibo

e altri prodotti pregiati.

Il sistema è confinato. Cosa intendo dire?

Che è modulare. Supponiamo che qualcosa

di totalmente inaspettato accada a uno dei moduli,

ad esempio una perdita o un fulmine.

Il liquame che fuoriesce si diffonde

nel vicino ambiente costiero;

e siccome le alghe che escono sono biodegradabili

e vivono nelle acque reflue,

sono di acqua dolce, il che significa che non possono

vivere in acqua salata, quindi muoiono.

La plastica utilizzata per la struttura

è un materiale che abbiamo ampiamente testato,

e nostri moduli saranno riutilizzabili.

Ma possiamo spingerci oltre

il tipo di sistema che vi sto mostrando,

bisogna concepirlo in termini di acqua, di acqua dolce,

che diventerà anche un problema in futuro,

e noi stiamo lavorando, oggi, su metodi

per il recupero delle acque reflue.

L'altra cosa da considerare è la struttura stessa,

che fornisce una superficie ad altri organismi;

e questa superficie, ricoperta di alghe marine

e di altri organismi acquatici,

diventerà un habitat marino migliorato

che aumenta la biodiversità.

Infine, essendo una struttura collocata in mare aperto,

possiamo pensare a come potrebbe contribuire

ad una attività di acquacoltura.

Probabilmente state pensando: "Accidenti,

sembra una buona idea.
Cosa possiamo fare per vedere se è fattibile?"

Beh, ho aperto dei laboratori a Santa Cruz

negli impianti della *California Fish and Game*;

lì ci hanno permesso di usare
grandi vasche di acqua di mare

per testare alcune di queste idee.

Abbiamo anche condotto esperimenti a San Francisco,

nella struttura di uno dei tre impianti di depurazione,

dove testare le nostre idee.

E, infine, volevamo capire

quale impatto avrebbe avuto questa struttura

sull'ambiente marino, e abbiamo attrezzato un sito

nella località detta *Moss Landing Marine Lab*

nella Baia di Monterey, una rada dove poter

verificare l'impatto sugli organismi marini.

Il laboratorio di Santa Cruz era il nostro centro
sperimentale.

Un posto dove coltivavamo le alghe,

saldavamo la plastica, costruivamo strumenti

e facevamo un sacco di errori,

o, per dirla con Edison, dove

cercavamo i 10.000 modi che avrebbero inceppato
il sistema.

Abbiamo coltivato alghe nelle acque reflue, realizzando strumenti

che ci permettevano di entrare nella vita delle alghe

per monitorare il modo in cui crescevano,

cosa le faceva star bene, e come garantire

la sopravvivenza e la prosperità delle colture.

I congegni più importanti da sviluppare sono stati

i cosiddetti fotobioreattori o PBR.

Erano strutture che galleggiavano in superficie,

fatte di un materiale plastico economico,

che avrebbero favorito la crescita delle alghe.
Abbiamo costruito un sacco di modelli,

molti dei quali sono stati dei terribili fallimenti,

e quando finalmente ne abbiamo fatto uno
che funzionava,

per circa 115 litri, l'abbiamo maggiorato

per 1700 litri a San Francisco.

Vi faccio vedere come funziona.

In pratica, prendiamo acque reflue con alghe selezionate

e le pompiamo attraverso questa struttura galleggiante,

questa struttura tubolare di plastica flessibile.

E queste circolano attraverso questa cosa,

e in superficie c'è ovviamente luce solare,

e le alghe crescono sui nutrienti.

Ma è un po' come infilare la testa
in un sacchetto di plastica.

Le alghe non soffocano per l'anidride carbonica,

come succederebbe a noi.

Soffocano perché producono ossigeno,

e in realtà non soffocano, ma l'ossigeno che producono

è problematico, e consumano tutta la CO2.

Il passo successivo è stato trovare il modo

per rimuovere l'ossigeno, conseguito grazie a questa
colonna

che pompa una parte dell'acqua

e restituisce la CO2 facendo gorgogliare il sistema

prima di rimettere l'acqua in circolazione.

Quello che vedete qui è il prototipo,

il primo tentativo di costruzione di questo tipo di colonna.

La colonna più grande che poi abbiamo montato
a San Francisco

nel sistema lì installato.

Un'altra caratteristica molto interessante di questa colonna

è che le alghe colonizzano la colonna,

e questo ci ha permesso di accumulare la biomassa algale

in un ambiente che ne facilitava la raccolta.

Abbiamo rimosso le alghe concentrate

sul fondo della colonna, e poi abbiamo raccolto il tutto

mediante una procedura con cui le alghe rimangono

in superficie e si possono rimuovere con una rete.

Volevamo anche studiare quale fosse l'impatto

di questo sistema sull'ambiente marino,

e come ho detto, abbiamo preparato l'esperimento

al *Moss Landing Marine Lab*.

Naturalmente, abbiamo trovato questo materiale

ricoperto di alghe, e bisognava sviluppare

una procedura per la pulizia. Abbiamo anche visto

come interagivano gli uccelli e i mammiferi marini.

Ecco qui una lontra marina che ha trovato il tutto incredibilmente interessante,

che periodicamente si faceva strada attraverso

il letto galleggiante, e avevamo pensato di utilizzarla

addestrandola a pulire la superficie

della struttura, ma è un progetto per il futuro.

Ora, in realtà

stavamo lavorando su quattro aree.

La nostra ricerca si è incentrata sulla biologia del sistema,

che comprendeva lo studio della crescita delle alghe,

ma anche della nutrizione e di ciò che le uccide.

Abbiamo fatto calcoli ingegneristici per stabilire
cosa servisse

per la costruzione di questa struttura,

non solo su piccola scala, ma anche

sull'enorme scala che alla fine sarà necessaria.

Ho già detto che abbiamo studiato gli uccelli
e i mammiferi marini,

l'impatto ambientale che avrà il sistema,

e, infine, gli aspetti economici,

e per economia intendo la quantità di energia

necessaria al funzionamento del sistema.

Si ottiene più energia dal sistema

di quanta se ne immette

per farlo funzionare?

E che dire dei costi operativi,

dell'investimento di capitale

e del costo dell'intera struttura economica?

Lasciatemi dire che non sarà facile.

C'è ancora molto lavoro da fare in queste quattro aree

per poter davvero far funzionare il sistema.

Ma non abbiamo tanto tempo, e vorrei mostrarvi

un'immagine di come potrebbe essere questo sistema

se ci trovassimo in una baia protetta

da qualche parte nel mondo; sullo sfondo vediamo

l'impianto di trattamento delle acque reflue

e una fonte di gas di scarico per la CO2,

ma se si valuta l'aspetto economico del sistema

si scopre che in realtà sarà difficile farlo decollare.

A meno che non venga visto come un modo
per trattare le acque reflue

e catturare anidride carbonica, e come piattaforma per l'energia fotovoltaica,

del moto ondoso o anche eolica.

Se si inizia a pensare all'integrazione

di tutte queste diverse attività,

si potrebbe anche includere l'acquacoltura.

In questo sistema avremmo l'acquacoltura

per l'allevamento di cozze o capesante,

ostriche e altri organismi

per il confezionamento di prodotti ad alto valore,

e questo sarebbe determinante per la realizzazione
di sistemi

sempre più grandi, così da renderli, infine,

più attraenti rispetto alla sola produzione di carburante.

Ma sorge sempre un grande dubbio,

per via della pessima reputazione dei rifiuti
di plastica in mare,

dunque abbiamo pensato alle possibilità di riciclo.

Cosa ci faremo con tutta quella plastica

che dovremo utilizzare nel nostro ambiente marino?

Beh, non so se lo sapete,

ma in California c'è una quantità enorme di plastica

che viene utilizzata in agricoltura come pacciame.

Sono teli di plastica che formano delle piccole serre

sulla superficie del suolo, che forniscono calore

al terreno prolungando la stagione di crescita,

limitano la crescita di erbe infestanti

e, naturalmente, ottimizzano l'irrigazione.

Il sistema OMEGA farà parte

di questo tipo di risultato, e quando avremo finito

di usarla nell'ambiente marino, si spera

che venga usata nei campi.

Dove lo collocheremo,

e che aspetto avrà in mare?

Ecco ciò che potremmo fare nella Baia
di San Francisco.

San Francisco produce circa 250 milioni di litri
di acque reflue al giorno.

Se immaginiamo un tempo di ritenzione di 5 giorni

per questo sistema, ci vorrebbe una capacità
di 1.250 milioni litri,

o l'equivalente di circa 520 ettari

di questi moduli OMEGA nella Baia
di San Francisco.

Beh, sarebbe meno dell'1%

della superficie della baia.

Produrrebbe circa 18.000 litri per ettaro all'anno,

quindi oltre 7,5 milioni di litri di carburante,

che è circa il 20% del biodiesel o del diesel

che sarebbe necessario a San Francisco,

e tutto questo senza lavorare sull'efficienza.

In quale altro luogo potremmo installare questo sistema?

Ci sono molte possibilità.

C'è, ovviamente, la Baia di San Francisco,
come ho già detto.

La baia di San Diego è un altro esempio,

la Mobile Bay o la Baia di Chesapeake, ma la realtà è che

con l'innalzamento del livello del mare, ci saranno

molte nuove opportunità da considerare. (Risate)

Vi sto parlando di un sistema

di attività integrate.

La produzione di biocarburanti è integrata
con l'energia alternativa

che a sua volta è integrata con l'acquacoltura.

Ho cercato di trovare una strada

per la produzione innovativa di biocarburanti sostenibili,

e lungo il percorso ho scoperto che
la cosa davvero necessaria

per la sostenibilità è l'integrazione
piuttosto che l'innovazione.

A lungo termine, ho grande fiducia

nella nostra ingegnosità collettiva e connettiva.

Penso che non ci sia quasi limite
a ciò che possiamo compiere

se siamo radicalmente aperti

e non ci importa a chi vada il credito.

Le soluzioni sostenibili ai nostri problemi futuri

saranno diverse

e saranno molteplici.

Penso che non possiamo tralasciare nulla,

nulla dall'Alfa all'Omega.

Grazie. (Applausi)

(Applausi)

Chris Anderson: Solo una domanda veloce, Jonathan.

Questo progetto può proseguire all'interno della NASA

o avete bisogno di un fondo per l'energia verde

abbastanza ambizioso per occuparsene?

Jonathan: La NASA ormai è entrata in una fase

in cui vorrebbe espandersi in qualcosa

che possa andare in mare, e ci sono molti ostacoli

burocratici negli Stati Uniti a causa delle licenze limitate

e il tempo richiesto per ottenere i permessi

per progetti in mare.

A questo punto c'è bisogno di persone esterne,

e noi siamo completamente disposti

a mettere questa tecnologia a disposizione

di chiunque sia interessato ad adottarla

e provi a trasformarla in realtà.

CA: Molto interessante. Non lo state brevettando.

Lo state pubblicando.

JT: Assolutamente.

CA: Va bene. Grazie mille.

JT: Grazie. (Applausi)