Energia pozyskiwana z mikroalg w dryfujących zbiornikach

Nazwijmy to „paliwem nie-kopalnianym”: Jonathan Trent pracuje nad stworzeniem biopaliwa, które wytwarzane byłoby z unoszących się na specjalnych przybrzeżnych platformach mikroalg. Posłuchajcie jego śmiałej wizji w ramach projektu OMEGA oraz pomysłu na to, jak ten wynalazek mógłby napędzić naszą przyszłość.

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)