Jonathan Trent: Energie uit vlottende buizen met algen

Noem het 'brandstof zonder fossielen': Jonathan Trent werkt aan een plan om nieuwe biobrandstof te kweken met micro-algen in drijvende buitengaatse buizen die afvalwater van steden verwerken. Luister naar de gedurfde visie van zijn team voor Project OMEGA (Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae, of Offshore membraanbehuizingen voor het kweken van algen) en hoe het ons in de toekomst van energie zou kunnen voorzien.

Enkele jaren geleden
begon ik na te denken

over de mogelijkheid
om biobrandstoffen ontwikkelen

op een schaal
die met fossiele brandstoffen kon concurreren

maar niet in concurrentie zou zijn
met de landbouw

voor water, meststoffen of land.

Dit heb ik gevonden.

Maak net onderwater een container

en vul die met afvalwater

en microalgen die olie produceren.

Maak hem van flexibel materiaal

dat met de golfslag kan meebewegen.

Uiteraard gaat het systeem werken met zonne-energie

om de algen te laten groeien.

Die verbruiken koolstofdioxide (CO2)

en produceren zuurstof (O2) terwijl ze groeien.

De algen groeien in een container

die zijn warmte afgeeft aan het omringende water.

Je kunt ze oogsten en er biobrandstoffen van maken,

maar ook cosmetica, kunstmest en veevoeder.

Natuurlijk zal dit een groot oppervlak beslaan

en moet je rekening houden
met andere belanghebbenden

als vissers, schepen enzovoort.

Maar het gaat over biobrandstoffen.

We weten hoe belangrijk

een potentiële alternatieve vloeibare brandstof is.

Maar waarom microalgen?

Hier zie je een grafiek
met de verschillende typen

van gewassen waaruit biobrandstoffen
kunnen worden gewonnen.

Bijvoorbeeld geeft soja

500 liter per hectare per jaar.

Je ziet ook zonnebloem,
canola, jatropha en palm.

Die hoge grafiek toont
wat microalgen kunnen opleveren.

Microalgen geven tussen 20.000

en 50.000 liter per hectare per jaar

vergeleken met de 500 liter
per hectare per jaar van soja.

Wat zijn microalgen? Microalgen zijn micro --

dat wil zeggen extreem klein -- zoals je hier kunt zien

op een foto van eencellige organismen

naast een mensenhaar.

Deze kleine organismen bestaan al

miljoenen jaren en er zijn duizenden

verschillende soorten microalgen in de wereld.

Enkele soorten horen
tot snelst groeiende planten op de planeet

en produceren veel, veel olie.

Maar waarom moet dit buitengaats gebeuren?

Het moet in de nabijheid van kuststeden,

er is geen keuze,

omdat we afvalwater nodig hebben

en de meeste zuiveringsinstallaties

daar te vinden zijn.

San Francisco heeft zo'n 1500 kilometer

rioolbuizen onder de stad

en loost zijn afvalwater buitengaats.

Verschillende steden over de hele wereld
behandelen hun afvalwater anders.

Sommige steden verwerken het.

Sommige steden lozen het gewoon.

Maar in alle gevallen is
het water dat wordt vrijgegeven

perfect geschikt
voor de teelt van microalgen.

Hoe zou zo'n systeem eruit kunnen zien?

Wij noemen het OMEGA, wat een acroniem is voor

Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae.
(buitengaatse membraanbehuizingen voor de teelt van algen)

Bij de NASA moet je goede acroniemen hebben.

Hoe werkt het? Ik liet het al even zien.

We pompen afvalwater en CO2

in onze drijvende structuur.

Het afvalwater bevat voedingsstoffen
om de algen te laten groeien.

Ze leggen het CO2 vast dat anders

de atmosfeer zou ingaan als broeikasgas.

Zonne-energie gebruiken ze om te groeien

en de golfslag levert energie

voor het mengen van de algen, terwijl de temperatuur

zich aanpast aan de temperatuur van het omringende water.

De algen produceren zuurstof,

maar ook biobrandstoffen, kunstmest, voedsel en

andere belangrijke algenproducten.

Het systeem is beveiligd.
Wat bedoel ik daarmee?

Het is modulair. Als er iets

totaal onverwachts gebeurt
met een van de modules.

Bijvoorbeeld lekken of blikseminslag.

Het afvalwater dat weglekt,
is water dat nu toch al

in die kustgebieden terechtkomt.

Daarbij zijn die algen biologisch afbreekbaar.

Omdat ze in afvalwater leven,

zijn het zoetwateralgen.
Ze kunnen niet

overleven in zout water.
Daar gaan ze dus dood.

Met het toegepaste plastic

hebben wij goede ervaringen.

We zullen onze modules
kunnen hergebruiken en herstellen.

Misschien kunnen we zelfs verder gaan

dan met dit systeem en

methodes bedenken om het zoetwater

- dat schaarser gaat worden -

in de toekomst

te gaan herwinnen.

We moeten ook nadenken over de structuur zelf.

Ze biedt een oppervlak voor dingen in zee.

Op dit oppervlak kunnen zeewier

en andere organismen groeien.

Dit zal een verbeterde mariene habitat geven

en de biodiversiteit verhogen.

Omdat het een buitengaatse structuur is,

kan het ook bijdragen

aan buitengaatse aquacultuur.

Nu lijkt je dit misschien een prachtig idee

en wil je weten wat we kunnen doen
om uit te vissen of het werkt.

Ik heb laboratoria opgezet in Santa Cruz

op de 'California Fish and Game'-faciliteit.

Daar hebben we grote zeewatertanks

om sommige van deze ideeën uit te testen.

Wij zetten ook experimenten op in San Francisco

bij een van de drie waterzuiveringsinstallaties,

weer een mogelijkheid om ideeën uit te testen.

We wilden ook weten

wat het effect van deze structuur

op het mariene milieu zou zijn.
We zetten een veldsite op

op een plek genaamd Moss Landing Marine Lab

in Monterey Bay,
waar we in een haven wilden nagaan

welke gevolgen dit zou hebben
op mariene organismen.

Het laboratorium in Santa Cruz
diende om alles uit te proberen.

We kweekten er algen,

lasten plastic, bouwden hulpmiddelen

en maakten vooral veel fouten,

of, zoals Edison zei, we vonden

de 10.000 manieren
waarop het systeem niet zou werken.

We kweekten algen in afvalwater,
ontwierpen methodes

om vat te krijgen
op het leven van algen

zodat we hun groei konden controleren.

Wat maakt ze gelukkig,
hoe zorgen we ervoor dat

we een cultuur krijgen
die overleeft en gedijt?

Het belangrijkste te ontwikkelen onderdeel

waren de zogeheten fotobioreactoren of PBRs.

Dit waren de op het wateroppervlak vlottende structuren

uit goedkoop plastic

waarin de algen konden groeien.

De meeste ontwerpen vielen enorm tegen.

Toen we eindelijk een ontwerp hadden dat werkte,

- eentje van een goede 100 liter -
schaalden we het op

tot 1700 liter in San Francisco.

Ik laat zien hoe het systeem werkt.

Wij laten afvalwater
met algen van onze keuze

circuleren in dit drijvende systeem,

een buisvormig, flexibel systeem van plastic.

Het circuleert door dit ding,

er is zonlicht aan de oppervlakte,

en de algen groeien
door de voedingsstoffen.

Het lijkt een beetje op je hoofd
in een plastic zak steken.

Maar algen stikken niet
door CO2 zoals wij.

Maar algen stikken niet
door CO2 zoals wij.

Ze kunnen stikken door de zuurstof
die ze produceren.

Niet echt verstikken,
maar de zuurstof die ze produceren

kan problemen geven
doordat ze de CO2 opgebruiken.

Daarom moesten we erachter komen hoe we

de zuurstof konden kwijtraken.
Dat gebeurde in deze kolom

waarin we een deel van het water
lieten circuleren.

We lieten er CO2 doorheen borrelen

voordat we het water
terug in het systeem brachten.

Hier zie je het prototype van deze kolom.

Hier zie je het prototype van deze kolom.

Hier de grotere kolom die we vervolgens
in San Francisco installeerden.

Hier de grotere kolom die we vervolgens
in San Francisco installeerden.

Die kolom had nog een andere interessante eigenschap.

De algen bezonken in de kolom

zodat we de algenbiomassa

gemakkelijk konden verzamelen.

We verwijderden de algen

onderaan in de kolom.

Dat lukte door een procedure
waarbij we de algen lieten opstijgen.

Bovenaan worden ze dan afgeschuimd
met een net.

We wilden ook nagaan wat het effect

van dit systeem op het mariene milieu zou zijn.

Ik vertelde al dat we dit uittesten

in Moss Landing Marine Lab.

Natuurlijk werd dit materiaal

overgroeid met algen en moesten we

een schoonmaakprocedure ontwikkelen.
We gingen ook na

hoe zeevogels en zeezoogdieren erop reageerden.

Hier zie je een zeeotter
die dit ongelooflijk interessant vond,

en zich af en toe een weg baande

door dit zwevende waterbed.
Misschien kunnen we deze kerel

ooit africhten om het oppervlak schoon te maken.

Maar dat is voor de toekomst.

We pakten het aan
op vier gebieden.

We pakten het aan
op vier gebieden.

Ons onderzoek ging over de biologie
van het systeem,

over hoe de algen groeiden,

maar ook over wat ze aten
en wat hen doodde.

We deden ingenieurswerk om te begrijpen

hoe we een dergelijke structuur konden bouwen,

niet alleen op kleine schaal, maar ook

op de enorme schaal
die uiteindelijk nodig zal zijn.

Ik zei al dat we letten
op vogels en zeezoogdieren

en op de milieu-impact

van het systeem.
Tot slot bekeken we ook de economie.

Wat ik bedoel met economie

is de energie die nodig is
om het systeem te laten werken.

Krijg je meer energie uit het systeem

dan je er moet insteken

om het systeem te laten werken?

Hoe zit het met operationele kosten?

Hoe zit het met kapitaalkosten?

Hoe zit het met de hele economische structuur?

Ik kan je nu al vertellen
dat het niet gemakkelijk zal zijn.

Op alle vier gebieden is nog veel werk nodig

om het systeem te laten functioneren.

Maar we hebben niet veel tijd.
Ik wil jullie tonen

hoe dit systeem er zal gaan uitzien.

We zijn in een beschermde baai

ergens in de wereld.

Op de achtergrond zie je
de afvalwaterzuiveringsinstallatie

en een bron van rookgas voor de CO2.

Maar uit de economie van dit systeem blijkt

dat het moeilijk zal zijn om het te laten werken.

Behalve als je het ziet als een manier
om afvalwater te behandelen,

koolstof vast te leggen
en mogelijkheden voor fotovoltaïsche panelen,

golfenergie of zelfs windenergie.

Als je in termen van integratie

van al deze verschillende activiteiten begint te denken,

kan je daar ook nog aquacultuur aan koppelen.

Eronder zou zich een schelpdierenaquacultuur
kunnen bevinden,

waar we je mosselen
of oesters kan kweken.

Je zou er oesters kunnen kweken

en hoogwaardige producten en levensmiddelen.

Als je het systeem

op steeds grotere schaal uitbreidt,
kan het uiteindelijk

concurreren met het idee
dat we het doen voor de brandstoffen.

Een belangrijk punt duikt steeds op.

Plastic op zee heeft een echt slechte reputatie

en daarom denken we 'cradle to cradle' '('van wieg tot wieg').

Wat gaan wij doen met al dit plastic dat we

in ons mariene milieu gaan nodig hebben?

Ik weet niet of je er al van op de hoogte bent

maar in de velden in Californië

wordt een hoop plastic nu als afdekking gebruikt.

Dit plastic vormt kleine serres

op het oppervlak van de bodem.

Dit verwarmt de bodem tijdens het groeiseizoen,

houdt ook het onkruid in bedwang

en maakt het besproeien veel efficiënter.

Het OMEGA-systeem zal
hier deel van gaan uitmaken.

Als het plastic in het mariene milieu

afgedankt wordt, gaan we het

hopelijk op de velden kunnen gebruiken.

Waar gaan we het gebruiken

en hoe gaat het er op zee uitzien?

Hier is een beeld
van wat we in San Francisco Bay kunnen doen.

San Francisco produceert
250 miljoen liter afvalwater per dag.

Met een vijfdaagse retentietijd

zal het 1230 miljoen liter moeten bevatten.

Dan zou je ongeveer 520 hectare

voor deze drijvende OMEGA-modules
in San Francisco Bay nodig hebben.

Dat is minder dan één procent

van de oppervlakte van de baai.

Het zou aan 20.000 liter per hectare per jaar

meer dan 75 miljoen liter brandstof produceren.

Dat is ongeveer 20 procent van de dieselolie

die San Francisco zou nodig hebben.

En dan hebben we het
nog niet over efficiëntie gehad.

Waar kan dit systeem worden ingezet?

Er zijn veel mogelijkheden.

Natuurlijk in San Francisco Bay.

San Diego Bay is een ander voorbeeld,

Ook Mobile Bay of Chesapeake Bay.

Als de zeespiegel stijgt, gaan er

veel meer nieuwe mogelijkheden komen. (Gelach)

Het gaat over een systeem

van geïntegreerde activiteiten.

Productie van biobrandstoffen is
geïntegreerd met alternatieve energie

en die is weer geïntegreerd met aquacultuur.

Ik begon met het zoeken

naar innovatieve productie van duurzame biobrandstoffen,

en onderweg ontdekte ik dat wat echt vereist is

voor duurzaamheid, eerder integratie dan innovatie is.

Op lange termijn heb ik veel vertrouwen

in onze collectieve en verbonden vindingrijkheid.

Ik denk dat er bijna geen limiet is
aan wat we kunnen bereiken

als we radicaal open zijn

en dat het ons niet kan schelen
wie de eer krijgt.

Duurzame oplossingen voor onze problemen

zullen in de toekomst divers zijn

en er zullen er veel gaan komen.

Ik denk dat we over alles moeten nadenken,

alles van alfa tot OMEGA.

Bedankt.

(Applaus)

Chris Anderson: Even een vraagje, Jonathan.

Kan dit project bij NASA blijven

of heb je een ambitieuzer

groenenergiefonds nodig om het aan te pakken?

Jonathan Trent: bij NASA is het nu in een fase gekomen

dat ze het nu willen uitbreiden naar iets

dat buitengaats zou gaan.
Het is lastig

om het in de Verenigde Staten te doen
vanwege beperkte vergunningen

en de tijd die nodig is
om vergunningen te krijgen

om buitengaats dingen te doen.

Er moeten nu buitenstaanders bij komen.

We zijn radicaal open met deze technologie.

We gaan ze lanceren

voor iedereen die geïnteresseerd is

om ervoor te gaan.

CA: Dat is interessant.
Je neemt er geen octrooi op.

Je publiceert het.

JT: Absoluut.

CA: Heel hartelijk bedankt.

JT: Ik dank je. (Applaus)