Some years ago, I set out to try to understand

ある可能性を追求してきました

if there was a possibility to develop biofuels

化石燃料に対して競争力のある 規模のものを

on a scale that would actually compete with fossil fuels

食糧生産に必要な水 肥料や土地を奪わずに

but not compete with agriculture for water,

開発できないかというものです

fertilizer or land.

これがその解決案です

So here's what I came up with.

容器を作って海面下に浮かべ

Imagine that we build an enclosure where we put it

それを排水と 油分を生産する

just underwater, and we fill it with wastewater

微細藻類で満たす考えです

and some form of microalgae that produces oil,

柔軟性のある素材で作るので

and we make it out of some kind of flexible material

波の影響を受けて動きます

that moves with waves underwater,

もちろん微細藻類の成長には

and the system that we're going to build, of course,

太陽光を使い

will use solar energy to grow the algae,

藻類は二酸化炭素を吸収してくれながら

and they use CO2, which is good,

増殖し 酸素を放出します

and they produce oxygen as they grow.

微細藻類は周辺の水に熱を放出する

The algae that grow are in a container that

容器の中で増えるので

distributes the heat to the surrounding water,

これを収穫して バイオ燃料や化粧品

and you can harvest them and make biofuels

肥料や飼料として使えます

and cosmetics and fertilizer and animal feed,

当然 培養には 広い面積を要するので

and of course you'd have to make a large area of this,

漁師や船舶等との利害関係も

so you'd have to worry about other stakeholders

考えなくてはいけませんが

like fishermen and ships and such things, but hey,

将来の燃料事情を思うと

we're talking about biofuels,

代替となる液体燃料を得ることが

and we know the importance of potentially getting

大変重要であることは事実です

an alternative liquid fuel.

では なぜ微細藻類を使うのでしょうか？

Why are we talking about microalgae?

このグラフはバイオ燃料の生産に使える

Here you see a graph showing you the different types

様々なタイプの穀物を表しています

of crops that are being considered for making biofuels,

大豆は１ヘクタールあたり 年間５百リットル程の

so you can see some things like soybean,

バイオ燃料を生産できます

which makes 50 gallons per acre per year,

他にもヒマワリやカノーラ ジャトロファやヤシなど色々ありますが

or sunflower or canola or jatropha or palm, and that

一際高い値を示しているのが微細藻類です

tall graph there shows what microalgae can contribute.

大豆の年間５百リットルに比べて

That is to say, microalgae contributes between 2,000

微細藻類は１ヘクタールあたり

and 5,000 gallons per acre per year,

年間２万から５万リットル以上もの 燃料を生産できます

compared to the 50 gallons per acre per year from soy.

では 微細藻類とは何でしょうか？

So what are microalgae? Microalgae are micro --

マイクロ・スケール つまりとても小さい

that is, they're extremely small, as you can see here

単細胞生物で ヒトの髪の毛と比べると

a picture of those single-celled organisms

この様に見えます

compared to a human hair.

この小さな生物は大昔から

Those small organisms have been around

何千もの種類が

for millions of years and there's thousands

生息しています

of different species of microalgae in the world,

中には 地球上のどの植物よりも 速く増え

some of which are the fastest-growing plants on the planet,

先ほどお見せしたような 多量の油分を生産するものもあります

and produce, as I just showed you, lots and lots of oil.

ではなぜ このシステムを 海上に作るのでしょうか

Now, why do we want to do this offshore?

海上で行う大きな理由は

Well, the reason we're doing this offshore is because

沿岸の都市を見ると分かるように 他に良い場所がないからです

if you look at our coastal cities, there isn't a choice,

藻の栽培に排水を使うわけですが

because we're going to use waste water, as I suggested,

よく見てみると

and if you look at where most of the waste water

排水処理場は 街の中に組み込まれています

treatment plants are, they're embedded in the cities.

サンフランシスコの地下には

This is the city of San Francisco, which has 900 miles

約1400Km に及ぶ下水管があり

of sewer pipes under the city already,

沖に排水を放出しています

and it releases its waste water offshore.

世界中 都市によって 排水処理の仕方は違い

So different cities around the world treat their waste water

排水を浄化する都市もあれば

differently. Some cities process it.

垂れ流しにする都市もあります

Some cities just release the water.

しかしどの排水も

But in all cases, the water that's released is

微細藻類の育成に使えます

perfectly adequate for growing microalgae.

これはシステムの想像図です

So let's envision what the system might look like.

「海上藻類養殖用膜質容器」の

We call it OMEGA, which is an acronym for

頭文字を取って OMEGAと名付けました

Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae.

NASAはこういう洒落た 略語が好きなんです

At NASA, you have to have good acronyms.

どのように機能するのでしょうか？

So how does it work? I sort of showed you how it works already.

先ほど少し説明しましたが まず 排水と二酸化炭素を

We put waste water and some source of CO2

浮遊容器に入れます

into our floating structure,

排水が藻類の育成に 必要な栄養を供給する一方

and the waste water provides nutrients for the algae to grow,

藻類は本来なら 温室効果ガスとなるはずだった

and they sequester CO2 that would otherwise go off

二酸化炭素を吸収します

into the atmosphere as a greenhouse gas.

もちろん 太陽のエネルギーも使って増殖し

They of course use solar energy to grow,

海面の波のエネルギーが

and the wave energy on the surface provides energy

藻類を撹拌します また 周りの水温によって

for mixing the algae, and the temperature

温度は制御されます

is controlled by the surrounding water temperature.

この藻類が酸素を放出するのは すでに述べましたが

The algae that grow produce oxygen, as I've mentioned,

バイオ燃料や肥料 食料や藻独特の副産物など

and they also produce biofuels and fertilizer and food and

有益なものも生み出します

other bi-algal products of interest.

このシステムは環境に害が 広がらないよう設計されています

And the system is contained. What do I mean by that?

モジュールとなって分かれているので

It's modular. Let's say something happens that's

例えばその一つに雷が落ちたりして

totally unexpected to one of the modules.

穴が空き 中身が漏れたとしましょう

It leaks. It's struck by lightning.

漏れ出す排水は 元来そのまま

The waste water that leaks out is water that already now

排出されていた排水ですし

goes into that coastal environment, and

藻類は 漏れても自然分解されます

the algae that leak out are biodegradable,

排水中で生育する藻類は

and because they're living in waste water,

淡水生物なので海水の中では

they're fresh water algae, which means they can't

生息できないのです

live in salt water, so they die.

ここで使用している プラスチックは

The plastic we'll build it out of is some kind of

よくあるもので 研究で良い成果を得ており

well-known plastic that we have good experience with, and

壊れたモジュールは修理して 再利用できます

we'll rebuild our modules to be able to reuse them again.

またこのシステムを使って

So we may be able to go beyond that when thinking about

もっと いろいろ出来るかもしれません

this system that I'm showing you, and that is to say

水 特に淡水については 将来

we need to think in terms of the water, the fresh water,

問題も予測されていますが

which is also going to be an issue in the future,

私たちは排水を再生する解決策にも

and we're working on methods now

取り組んでいます

for recovering the waste water.

また 構造自体を考えると

The other thing to consider is the structure itself.

海に生息するものの棲家になり

It provides a surface for things in the ocean,

表面が海草や他の海洋生物で覆われ

and this surface, which is covered by seaweeds

優れた海洋生物の生息場と機能して

and other organisms in the ocean,

生物多様性を促進するのに

will become enhanced marine habitat

役立ちます

so it increases biodiversity.

最後に 海中構造物なので

And finally, because it's an offshore structure,

水産養殖という面からも

we can think in terms of how it might contribute

貢献できるのです

to an aquaculture activity offshore.

皆さんこう思うかもしれません

So you're probably thinking, "Gee, this sounds

「良さそうなアイデアだけど 本当に上手くいくのかな？」と

like a good idea. What can we do to try to see if it's real?"

実はカリフォルニア州サンタクルーズにある

Well, I set up laboratories in Santa Cruz

州の魚類鳥獣保護局内に研究室を設置し

at the California Fish and Game facility,

そこにある巨大な海水タンクで

and that facility allowed us to have big seawater tanks

試験実験を行っています

to test some of these ideas.

またサンフランシスコに３つある

We also set up experiments in San Francisco

下水処理場のうちの１つでも

at one of the three waste water treatment plants,

試験実験を行っています

again a facility to test ideas.

そしてこの構造物の

And finally, we wanted to see where we could look at

海洋環境への影響を調べるために

what the impact of this structure would be

モントレー湾にモスランディング海洋研究室という

in the marine environment, and we set up a field site

フィールド調査場を設置しました

at a place called Moss Landing Marine Lab

そこでこの構造物が海洋生物に

in Monterey Bay, where we worked in a harbor

どのような影響を与えるかを調べました

to see what impact this would have on marine organisms.

サンタクルーズの研究室が スカンクワークス（新技術開発の場）で

The laboratory that we set up in Santa Cruz was our skunkworks.

そこで私たちは藻類を育て

It was a place where we were growing algae

プラスチック溶接やツールを構築を行い

and welding plastic and building tools

たくさんの失敗を重ね

and making a lot of mistakes,

エジソンではありませんが

or, as Edison said, we were

「システムが機能しない10000もの方法」を学びました

finding the 10,000 ways that the system wouldn't work.

現在は排水内で藻類を育ててますし

Now, we grew algae in waste water, and we built tools

藻類の生態を調べる ツールも構築したので

that allowed us to get into the lives of algae

藻類の成長の様子や

so that we could monitor the way they grow,

藻類の好きな環境＿そして

what makes them happy, how do we make sure that

強く 繁殖力のある培養株の 研究をしています

we're going to have a culture that will survive and thrive.

さて 我々の開発した機能の中でも 一番重要なのが

So the most important feature that we needed to develop were these

フォトバイオリアクター（PBR）でした

so-called photobioreactors, or PBRs.

これは安価なプラスティック製の 水面に浮かぶ構造物で

These were the structures that would be floating at the

これは安価なプラスティック製の 水面に浮かぶ構造物で

surface made out of some inexpensive plastic material

藻類類の養殖をする所です いろいろなデザインを試し

that'll allow the algae to grow, and we had built lots and lots

殆どは失敗でしたが

of designs, most of which were horrible failures,

113 リットルの規模で成功したモデルを

and when we finally got to a design that worked,

1700 リットル用に拡大して サンフランシスコに設置しました

at about 30 gallons, we scaled it up

1700 リットル用に拡大して サンフランシスコに設置しました

to 450 gallons in San Francisco.

システムがどう機能するかお見せしましょう

So let me show you how the system works.

基本的に排水と 好みの藻類を入れ

We basically take waste water with algae of our choice in it,

そしてこの浮遊構造物の中を循環させます

and we circulate it through this floating structure,

この管状の柔軟な プラスチック構造物です

this tubular, flexible plastic structure,

この管状の柔軟な プラスチック構造物です

and it circulates through this thing,

もちろん太陽光も外面に当たり

and there's sunlight of course, it's at the surface,

藻類は栄養を吸収し増殖します

and the algae grow on the nutrients.

でも これでは頭にビニール袋を かぶせたようなものです

But this is a bit like putting your head in a plastic bag.

藻類は人間と違って 二酸化炭素による窒息死はしませんが

The algae are not going to suffocate because of CO2,

藻類は人間と違って 二酸化炭素による窒息死はしませんが

as we would.

自ら生成する酸素によって窒息するのです

They suffocate because they produce oxygen, and they

窒息とは ちょっと違いますが 酸素は問題です

don't really suffocate, but the oxygen that they produce

また二酸化炭素も使い切ってしまいます

is problematic, and they use up all the CO2.

なので次の問題は酸素を取り除くことで

So the next thing we had to figure out was how we could

それをこのコラム（円柱）を立てて行いました

remove the oxygen, which we did by building this column

コラムは一部の水を循環させ

which circulated some of the water,

水が戻る前に炭酸ガスの 気泡を含ませ

and put back CO2, which we did by bubbling the system

二酸化炭素を戻します

before we recirculated the water.

これはプロトタイプで このタイプのコラムの最初の試みです

And what you see here is the prototype,

これはプロトタイプで このタイプのコラムの最初の試みです

which was the first attempt at building this type of column.

サンフランシスコではより大きいコラムを

The larger column that we then installed in San Francisco

システムに実装しています

in the installed system.

このコラムには 実は他にも 素晴らしい機能があって

So the column actually had another very nice feature,

増えた藻類がコラムに沈殿し

and that is the algae settle in the column,

藻類バイオマスが集めやすくなるので

and this allowed us to accumulate the algal biomass

収穫が容易に行えるのです

in a context where we could easily harvest it.

私たちはコラムの下部にたまった藻類を取り除き

So we would remove the algaes that concentrated

それから表面に藻を浮かせて

in the bottom of this column, and then we could

ネットでそれをすくい取る手順によって

harvest that by a procedure where you float the algae

簡単に収穫することができるのです

to the surface and can skim it off with a net.

私たちは海洋環境へのこのシステムの影響も

So we wanted to also investigate what would be the impact

調査したいと思っており

of this system in the marine environment,

お話ししたようにフィールド調査場を

and I mentioned we set up this experiment at a field site

モスランディング海洋研究室に立ち上げました

in Moss Landing Marine Lab.

そこではこのシステムは 外面が藻類に覆われてしまい

Well, we found of course that this material became

洗浄する仕組みが必要となりました

overgrown with algae, and we needed then to develop

また 海鳥や海の哺乳動物と

a cleaning procedure, and we also looked at how

どう影響しあうかも調べました

seabirds and marine mammals interacted, and in fact you

このようにラッコも この構造物に 非常に興味を示し

see here a sea otter that found this incredibly interesting,

時々やってきては 浮かぶウォーターベッドの上を

and would periodically work its way across this little

横切っていきます なのでラッコを訓練し

floating water bed, and we wanted to hire this guy

システム外面の清掃を

or train him to be able to clean the surface

将来やってもらおうかと思ってます

of these things, but that's for the future.

ここでやってきた事は

Now really what we were doing,

４つの分野にまたがっています

we were working in four areas.

まずこのシステムの 生物学的な研究では

Our research covered the biology of the system,

藻類の成長についてだけでなく

which included studying the way algae grew,

何が藻類を食べたり 殺したりするかも 調べました

but also what eats the algae, and what kills the algae.

エンジニアリングの分野では

We did engineering to understand what we would need

構造物を作るために何が必要か

to be able to do to build this structure,

小規模にとどまらず いずれ求められる

not only on the small scale, but how we would build it

大規模なシステム構築も合わせて 考えてきました

on this enormous scale that will ultimately be required.

また鳥や海洋哺乳類の お話もしましたが

I mentioned we looked at birds and marine mammals

このシステムの 環境への影響も調べました

and looked at basically the environmental impact

そして更に 経済にも目を向けています

of the system, and finally we looked at the economics,

ここで言う経済とは

and what I mean by economics is,

このシステム稼働に どのくらいエネルギーが必要か？

what is the energy required to run the system?

稼働を続けるために

Do you get more energy out of the system

投入したエネルギー以上を

than you have to put into the system

システムから得られるかということです

to be able to make the system run?

運用コストはどうか

And what about operating costs?

資本にどれだけコストがかかるか

And what about capital costs?

それから全体の経済構造はどうかなどです

And what about, just, the whole economic structure?

はっきり言って これは難しい問題です

So let me tell you that it's not going to be easy,

実際システムを作るには

and there's lots more work to do in all four

４つの分野すべてに 課題がたくさん残っています

of those areas to be able to really make the system work.

今日は時間がありませんので

But we don't have a lot of time, and I'd like to show you

このシステムの完成イメージを お見せしましょう

the artist's conception of how this system might look

世界どこかにある 静かな入り江に作るとこうなります

if we find ourselves in a protected bay

世界どこかにある 静かな入り江に作るとこうなります

somewhere in the world, and we have in the background

イメージ後方には 排水処理施設や

in this image, the waste water treatment plant

二酸化炭素排出源が見えます

and a source of flue gas for the CO2,

でも経済的なことを考えると

but when you do the economics of this system,

これだけでは難しいことが分かります

you find that in fact it will be difficult to make it work.

このシステムを 排水処理や炭素隔離の

Unless you look at the system as a way to treat waste water,

手段と考えたり 太陽電池パネルや

sequester carbon, and potentially for photovoltaic panels

波エネルギー 風力エネルギーといった

or wave energy or even wind energy,

このような様々なものと

and if you start thinking in terms of

統合していく必要があります

integrating all of these different activities,

水産養殖を加えることもできます

you could also include in such a facility aquaculture.

システムの下で貝の養殖を行い

So we would have under this system a shellfish aquaculture

ムラサキガイかホタテを育てたり

where we're growing mussels or scallops.

カキなど 高値な食品を

We'd be growing oysters and things

生産する事も考えられます

that would be producing high value products and food,

これらをシステムの牽引力として

and this would be a market driver as we build the system

次第に規模を拡大すれば

to larger and larger scales so that it becomes, ultimately,

究極的に競争力のある燃料源 とすることが出来るかもしれません