Năng lượng từ tảo nổi

Gọi là "nhiêu liệu không hoá thạch": Jonathan Trent đang làm việc trong một dự án tạo nhiên liệu bằng cách nuôi vi tảo nổi ở trên biển, sử dụng nước thải của các thành phố. Hãy cùng nghe về tầm nhìn vững chắc của dự án OMEGA (Màng bọc nuôi trồng tảo ngoài khơi) và làm thế nào dự án này cung cấp năng lượng cho tương lai.

Vài năm trước,
tôi bắt đầu cố gắng tìm hiểu

liệu có cách nào để phát triển
nhiên liệu sinh học

trên một quy mô đủ lớn
để cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch,

mà không cạnh tranh
với nông nghiệp

về nước, phân bón hoặc đất đai.

Và đây là những gì tôi đã nghĩ ra.

Tưởng tượng chúng ta xây
một bể kín,

đặt nó ở dưới nước
và bơm nước thải vào

cùng với một loại vi tảo nào đó
có khả năng tổng hợp dầu,

và chúng ta làm nó từ
vật liệu mềm dẻo nào đó

có thể chuyển động
theo sóng ở dưới nước.

Tất nhiên là hệ thống
chúng ta định xây dựng

sẽ dùng năng lượng mặt trời
để nuôi tảo,

và chúng sẽ hấp thụ CO2,
một điều rất tốt,

và sản xuất oxy
trong quá trình sinh trưởng.

Tảo sinh trưởng trong một bể chứa

có khả năng tản nhiệt
ra môi trường nước xung quanh,

và bạn có thể thu hoạch chúng và
tạo ra nhiên liệu sinh học,

mỹ phẩm, phân bón,
và thức ăn cho vật nuôi,

Dĩ nhiên là bạn phải làm việc này
trên một quy mô lớn,

bạn sẽ cân nhắc những vấn đề khác

như ngư dân, tàu bè
và những điều tương tự,

nhưng mà,

chúng ta đang nói về nhiên liệu sinh học,

và chúng ta biết tầm quan trọng
của tiềm năng

có được một nhiên liệu lỏng thay thế.

Tại sao chúng ta nói về vi tảo?

Đây là biểu đồ
các loại cây trồng khác nhau

được cân nhắc dùng để sản xuất
nhiên liệu sinh học,

các bạn có thể thấy những cây
như cây đậu nành,

sản xuất ra
467 lít / hecta mỗi năm,

hoặc cây hướng dương, hạt cải dầu,
dầu mè, cây cọ,

và cái cột cao kia thể hiện
mức vi tảo có thể sản xuất.

Điều đó nói rằng vi tảo
đóng góp vào khoảng 18709

đến 46722 l / hecta một năm,

so với 187 l / hecta mỗi năm
từ đậu nành.

Vậy vi tảo là gì?
Vi tảo là tảo cực nhỏ,

tức là chúng vô cùng bé,
như các bạn thấy ở đây

bức ảnh của
những sinh vật đơn bào đó

so sánh với một sợi tóc
của con người.

Những sinh vật nhỏ bé này đã tồn tại

từ hàng triệu năm trước
và có hàng nghìn

loại vi tảo khác nhau trên thê giới,

một vài trong số đó là thực vật
phát triển nhanh nhất hành tinh,

và sản xuất ra rất rất nhiều dầu,
như tôi đã cho các bạn thấy.

Tại sao chúng tôi lại muốn
nuôi chúng ngoài khơi?

Lí do chúng tôi thực hiện
việc này ngoài khơi là vì

nếu bạn nhìn những
thành phố ven biển,

thì không có một sự lựa chọn nào khác

bởi vì chúng ta sẽ sử dụng nước thải,
nhu tôi đã đề nghị,

nếu bạn tìm nơi đặt hầu hết
những nhà máy xử lý nước thải

chúng được đặt bên trong
các thành phố này.

Đây là thành phố San Francisco,
nơi đã có 1448 km

đường ống nước thải
nằm bên dưới thành phố

và xả nước thải ra ngoài khơi.

Mỗi một thành phố trên thế giới lại
xử lý nước thải

theo một cách khác nhau.
Một số thành phố thì xử lý chúng.

Một số khác thì xả thẳng ra ngoài.

Nhưng trong tất cả các trường hợp,
thứ nước được thải ra

cực kỳ thích hợp cho việc trồng vi tảo.

Vì thế hãy hình dung xem
hệ thống sẽ trông như thế nào.

Chúng tôi gọi nó là OMEGA,
viết tắt của cụm từ

Màng bọc trồng vi tảo
ngoài khơi

Ở NASA, bạn phải đặt
những tên viết tắt hay ho.

Vậy nó hoạt động ra sao?

Tôi đã phần nào cho các bạn thấy
cách nó hoạt động rồi.

Chúng tôi đổ nước thải
và nguồn khí CO2 nào đó

vào cơ cấu nổi của chúng tôi,

và nước thải đó cung cấp
chất dinh dưỡng nuôi tảo,

và chúng hấp thụ khí CO2,
thứ đáng lẽ được thải

ra ngoài không khí như một khí nhà kính

Tảo sử dụng
năng lượng mặt trời để phát triển,

và năng lượng sóng trên mặt nước
cung cấp năng lượng

để trộn lẫn tảo,
và nhiệt độ được kiểm soát

bởi nhiệt độ nước xung quanh.

Tảo này, trong lúc phát triển,
sẽ tạo ra khí oxi như tôi đã đề cập,

và chúng cũng sản xuất ra
nhiên liệu sinh học,

phân bón, thức ăn, và
những sản phẩm phụ khác có ích từ tảo.

Đây là một hệ thống lắp ráp.
Điều đó có nghĩa là gì?

Nó được mô đun hóa.
Giả dụ nếu có điều gì

bất ngờ xảy xa với
một trong những mô đun.

Bị rò rỉ. Bị sét đánh.

Nước thải bị rò rỉ ra ngoài là nước

vốn được thải ra ngoài biển trước đó,

và tảo bị rò rỉ cũng đều
tự phân hủy sinh học được,

và bởi vì chúng sống trong
môi trường nước thải,

chúng là những loại tảo nước ngọt, nghĩa là

chúng không thể sống trong nước mặn, nên chúng sẽ chết.

Chất nhựa dùng để làm bể là một loại chất nhựa khá nổi tiếng

mà chúng tôi đã có nhiều kinh nghiệm

và chúng tôi sẽ làm lại các mô đun
để có thể tái sử dụng chúng

Có lẽ chúng tôi có thể sẽ đi xa hơn thế
nếu nghĩ về

hệ thống mà tôi đang cho các bạn xem
điều đó nói rằng

chúng tôi cần phải cân nhắc đến nguồn nước, nguồn nước ngọt,

có thể sẽ là một vấn đề trong tương lai,

và hiện tại chúng tôi đang xây dựng
những phương pháp

để tái chế nước thải.

Vấn đề còn lại cần phải lưu tâm đó là
bản thân của cấu trúc.

Cầu trúc này cung cấp một bề mặt
cho những thứ ở trên biển,

và bề mặt này,
được che phủ bởi rong biển

và những sinh vật biển khác,

sẽ trở thành môi trường sống
tăng cường cho sinh vật biển

do đó nó làm tăng độ đa dạng sinh học.

Và cuối cùng, bởi vì nó là một cấu trúc nằm ngoài khơi,

chúng ta có thể nghĩ trên phương diện

có thể đóng góp cho các hoạt động
nuôi trồng thủy sản ngoài khơi.

Các bạn có lẽ đang nghĩ rằng,
"Được, ý tưởng này nghe có vẻ được.

Chúng ta có thể làm gì
để chứng minh là nó khả thi?"

Tôi đã dựng nên các phòng thí nghiệm
ở Santa Cruz

ở cơ sở California Fish and Game.

Ở đó chúng tôi có những bể nước mặn lớn

để thử nghiệm
một vài ý tưởng trong số này.

Chúng tôi còn làm thí nghiệm
ở San Francisco,

tại một trong ba nhà máy
xử lý nước thải,

lại để thử nghiệm ý tưởng.

Và cuối cùng,
chúng tôi muốn tìm một nơi

để quan sát tác động của của công trình

lên môi trường biển.
Chúng tôi dựng một khu thực địa

ở một nơi gọi là
Moss Landing Marine Lab

trong vịnh Monterey,
chúng tôi đã làm việc ở cảng

và quan sát tác động của nó
lên các sinh vật biển.

Phòng thí nghiệm ở Santa Cruz
là phòng thí nghiệm độc lập

Đó là nơi chúng tôi nuôi tảo,

dính các mảnh nhựa, làm các công cụ,

và mắc rất nhiều sai lầm,

hay, như Edison nói, chúng tôi

đang tìm 10 000 cách
khiến hệ thống không hoạt động.

chúng tôi đã nuôi tảo trong nước thải,
và làm các công cụ,

cho phép chúng tôi đi sâu
vào đời sống của tảo

để chúng tôi có thể giám sát
sự sinh trưởng của chúng,

điều gì kích thích chúng,
làm sao để chúng tôi

đảm bảo ràng chúng có một môi trường
để tồn tại và phát triển.

Tính năng quan trọng nhất
mà chúng tôi cần phát triển là thứ

được gọi là lò phản ứng quang sinh học, hay PBR.

Đây là những cấu trúc nổi được
trên mặt nước,

được làm từ những loại chất dẻo rẻ tiền,

cho phép tảo sinh trưởng.
Chúng tôi đã xây dựng

rất rất nhiều thiết kế, hầu hết trong số đó
đều thất bại thảm hại,

và khi chúng tôi tìm được
một thiết kế thích hợp,

ở khoảng 113 lít, chúng tôi nhân nó lên

1700 lít ở San Francisco.

Để tôi cho các bạn thấy cách hệ thống
hoạt động.

Về cơ bản chúng tôi lấy nước thải
và chọn một loại tảo cho vào đó,

và chúng tôi luân chuyển chúng
trong cấu trúc này,

cấu trúc bằng nhựa dẻo,
hình ống này,

và chúng luân chuyển trong thứ này,

và đương nhiên có cả ánh sáng mặt trời,
phía trên bề mặt,

và tảo sẽ sinh trưởng
dựa vào dưỡng chất.

Nhưng điều này cũng giống như
bạn trùm đầu trong một túi ni lông vậy.

Tảo sẽ không bị ngạt
bởi CO2 như chúng ta.

Chúng bị ngạt bởi chúng tạo ra oxy

và chúng không hẳn bị ngạt, tuy nhiên

oxi mà chúng tạo ra là một vấn đề,
và chúng sử dụng hết lượng CO2.

Vì thế việc tiếp theo mà chúng tôi phải
tìm cách

là làm sao để loại bỏ oxy, và chúng tôi đã dựng cái cột này

với nhiệm vụ luân chuyển nước

và đẩy CO2 trở lại bằng cách
sục vào hệ thống

trước khi cho nước lưu thông trở lại.

Và thứ các bạn đang thấy là
mẫu thử nghiệm,

nỗ lực đầu tiên trong việc
chế tạo ra kiểu cột này.

Trục lớn hơn được chúng tôi lắp đặt
ở San Francisco

trong hệ thống ở đấy.

Cột này thực ra còn một
tính năng nữa rất hay, đó là

tảo sẽ tích tụ lại trong cột,

và điều này cho phép chúng tôi thu gom
sinh khối tảo

trong điều kiện dễ dàng nhất.

Từ đó chúng tôi sẽ loại bỏ
tảo lắng dưới đáy của cột này

và sau đó chúng tôi có thể

thu gom chúng bằng cách để cho tảo nổi

lên trên bề mặt và vớt chúng bằng lưới.

Rồi chúng tôi cũng muốn tìm hiểu xem
hệ thống này

sẽ có tác động gì lên môi trường biển,

và tôi đã đề cập rằng chúng tôi đã làm
thí nghiệm này tại một khu thực địa

ở phòng thí nghiệm
Moss Landing Marine Lab.

Và đương nhiên chúng tôi
phát hiện ra rằng vật liệu này

bị quá tải bởi sự phát triển của tảo,

nên chúng tôi cần phát triển
một chu trình làm sạch

Chúng tôi quan sát tương tác giữa
chim biển và các sinh vật biển khác,

và các bạn thấy đây là một con rái cá
đang lấy làm thích thú với thứ này,

và thỉnh thoảng lại trườn qua chiếc giường nổi này,

và chúng tôi muốn thuê nó hoặc
huấn luyện nó làm sạch bề mặt những thứ này.

Nhưng đó là chuyện trong tương lại.

Hiện tại điều mà chúng tôi đang làm

nằm trong bốn lĩnh vực.

Nghiên cứu của chúng tôi bao quát
mặt sinh học của hệ thống

nó bao gồm việc tìm hiểu
cách tảo phát triển,

những thứ ăn tảo
và những thứ giết chết tảo.

Chúng tôi làm những công việc kĩ thuật
để xem

chúng tôi cần gì để xây dựng
công trình này

không những ở quy mô nhỏ
mà còn ở quy mô khổng lồ sẽ được yêu cầu sau này.

Tôi đã đề cập đến việc quan sát chim
và các loài động vật có vú dưới nước

và về cơ bản xem những tác động lên
môi trường của hệ thống

và cuối cùng chúng tôi nhìn vào
khía cạnh kinh tế,

ý tôi là

cần những năng lượng gì để chạy hệ thống?

Liệu bạn có thu được

nhiều năng lượng hơn
lượng bạn phải bỏ vào hệ thống,

để hệ thống hoạt động?

Và rồi chi phí hoạt động?

Và rồi vốn?

Và về toàn bộ cơ cấu kinh tế?

Nên để tôi nói với các bạn rằng
việc này sẽ không dễ dàng

và sẽ có rất nhiều việc để làm
trong bốn lĩnh vực đó

để có thể thực sự khiến
hệ thống hoạt động.

Nhưng ta không có nhiều thời gian.
và tôi muốn cho các bạn thấy

thiết kế nguyên mẫu của
các nghệ sĩ về hệ thống này

giả sử chúng ta đang ở một vịnh nào đó

trên thế giới, và sau lưng chúng ta

là hình ảnh của một
nhà máy xử lý nước thải

với những ống khói thải khí CO2,

nhưng khi tính toán
về mặt kinh tế của hệ thống,

các bạn sẽ thấy rằng thực tế sẽ rất khó để khiến nó hoạt động

Trừ khi bạn nhìn hệ thống như một
biện pháp xử lý nước thải,

thu gom khí thải,
nơi đặt những tấm bảng quang điện,

năng lượng sóng
hay thậm chí năng lượng gió,

và nếu bạn bắt đầu xem xét
trên phương diện

tích hợp tất cả
những hoạt động khác này lại với nhau,

bạn cũng có thể gộp nuôi trông thủy sản
vào một cơ sở như thế.

nơi mà chúng ta sẽ nuôi trồng
hến hay sò điệp

chúng ta sẽ nuôi hàu và những thứ khác

có thể tạo ra những sản phẩm hay thực phẩm có giá trị

và nó sẽ trở thành đầu tàu thị trường

khi chúng ta xây dựng hệ thống này
trên quy mô ngày càng lớn

để cuối cùng nó có thể cạnh tranh với
ý tưởng vì mục đích nhiên liệu.

Thực ra luôn luôn có
một câu hỏi lớn phát sinh.

Bởi vì hiện tại nhựa đang không được
hoan nghênh trên biển

do đó chúng tôi đang tìm cách
để tái chế hoàn toàn.

Chúng ta sẽ làm gì với toàn bộ số nhựa

cần thiết để dùng
trong môi trường nước?

Tôi không rõ mọi người biết điều này,

nhưng ở California, có một số lượng nhựa khổng lồ

đang được sử dụng trên các cánh đồng
để che phủ cho cây,

tấm màng này tạo nên
những nhà kính tí hon ngay trên mặt đất,

và nó làm ấm đất giúp cải thiện vụ mùa

nó cho phép chúng ta kiểm soát cỏ dại,

và dĩ nhiên giúp cho việc tưới tiêu hiệu quả hơn.

Cho nên hệ thống OMEGA
sẽ là một phần trong kết quả này

và khi chúng tôi hết sử dụng nó
ở dưới nước,

chúng tôi hi vọng sẽ dùng chúng

trên cả những cánh đồng.

Chúng tôi sẽ đặt nó ở đâu,

và nó sẽ trông ra sao khi ở trên biển?

Đây là một bức hình những gì chúng tôi
có thể làm ở vịnh San Francisco.

San Francisco xả ra 246 triệu lít
nước thải mỗi ngày.

Và nếu chúng ta hình dung thời gian lưu trữ
là năm ngày cho hệ thống này

thì chúng ta cần đến thể tích
1230 triệu lít để chứa,

và sẽ cần một diện tích
khoảng 517 hecta

những mô đun OMEGA này
nổi trên Vịnh San Francisco.

Diện tích đó hơn
một phần trăm diện tích bề mặt của vịnh.

Nó sẽ sản xuất ra 18707 lít
trên mỗi hecta mỗi năm

Nó sẽ sản xuất ra
hơn 3.7 triệu lít nhiên liệu,

tức khoảng 20 phần trăm
lượng dầu diesel sinh học,

hoặc lượng diesel tiêu thụ
ở San Francisco,

và đó là chưa kể việc
tối ưu hóa hệ thống.

Chúng ta có thể đặt hệ thống này
ở những nơi nào nữa?

Có rất nhiều sự lựa chọn.

Tất nhiên là vịnh San Francisco
như tôi đã đề cập.

Vịnh San Diego là một ví dụ khác,

Vịnh Mobile hay Vịnh Chesapeake,
nhưng sự thực là,

khi mà mực nước biển đang dâng cao
sẽ có rất nhiều cơ hội mới để xem xét.

(Cười)

Điều tôi muốn nói với các bạn là
một hệ thống tích hợp các hoạt động.

Sản xuất nhiên liệu sinh học
kết hợp với năng lượng thay thế

kết hợp với nuôi trồng thủy sản.

Tôi bắt đầu tìm cách để sản xuất
nhiên liệu sinh học bền vững,

và trong quá trình đó tôi nhận ra
điều cần thiết cho sự bền vững

là sự tích hợp hơn là sự sáng tạo

Về lâu dài, tôi có niềm tin lớn

ở trí tuệ tập thể và được kết nối
của chúng ta.

Tôi nghĩ những gì ta có thể đạt được
hầu như không có giới hạn

nếu chúng ta cởi mở triệt để

và không quan tâm đến việc
công lao sẽ thuộc về ai.

Những giải pháp bền vững cho
những vấn đề tương lai của chúng ta

sẽ rất đa dạng
sẽ rất nhiều.

Tôi nghĩ chúng ta cần cân nhắc mọi việc

Mọi việc từ alpha đến OMEGA.

Cảm ơn.

Cảm ơn. (Vỗ tay).

(Vỗ tay).

Chris Anderson: một câu hỏi nhanh
giành cho anh, Jonathan.

Liệu dự án này có phát triển tiếp
ở NASA

hay các anh cần nguồn tài trợ rất lớn
về năng lượng xanh

để đưa dự án vào thực tế?

Jonathan Trent:
Hiện giờ tại NASA đã đến giai đoạn
chúng tôi muốn đưa nó ra ngoài khơi

và có rất nhiều vấn đề
để làm việc đó tại Mỹ

bởi việc cấp phép còn hạn chế và
thời gian cần thiết để được chấp thuận.

để làm việc ngoài khơi.

Tại thời điểm này, thực sự cần
những người bên ngoài

và chúng tôi đã công khai
công nghệ này một cách triệt để

chúng tôi sẽ đưa đến
bất kỳ những ai quan tâm

muốn dùng nó và nỗ lực
biến nó thành hiện thực.

CA: Thú vị đó.
Các anh không giữ bản quyền

Các anh công bố nó

JT: Hoàn toàn đúng.

CA: Được rồi. Cảm ơn anh rất nhiều.

JT: Cảm ơn.

(vỗ tay)