Every summer when I was growing up,
I would fly from my home in Canada
to visit my grandparents,
who lived in Mumbai, India.
Now, Canadian summers
are pretty mild at best --
about 22 degrees Celsius
or 72 degrees Fahrenheit
is a typical summer's day,
and not too hot.
Mumbai, on the other hand,
is a hot and humid place
well into the 30s Celsius
or 90s Fahrenheit.
As soon as I'd reach it, I'd ask,
"How could anyone live, work
or sleep in such weather?"
To make things worse, my grandparents
didn't have an air conditioner.
And while I tried my very, very best,
I was never able
to persuade them to get one.
But this is changing, and fast.
Cooling systems today
collectively account for 17 percent
of the electricity we use worldwide.
This includes everything
from the air conditioners
I so desperately wanted
during my summer vacations,
to the refrigeration systems
that keep our food safe and cold for us
in our supermarkets,
to the industrial scale systems
that keep our data centers operational.
Collectively, these systems
account for eight percent
of global greenhouse gas emissions.
But what keeps me up at night
is that our energy use for cooling
might grow sixfold by the year 2050,
primarily driven by increasing usage
in Asian and African countries.
I've seen this firsthand.
Nearly every apartment
in and around my grandmother's place
now has an air conditioner.
And that is, emphatically, a good thing
for the health, well-being
and productivity
of people living in warmer climates.
However, one of the most
alarming things about climate change
is that the warmer our planet gets,
the more we're going to need
cooling systems --
systems that are themselves large
emitters of greenhouse gas emissions.
This then has the potential
to cause a feedback loop,
where cooling systems alone
could become one of our biggest sources
of greenhouse gases
later this century.
In the worst case,
we might need more than 10 trillion
kilowatt-hours of electricity every year,
just for cooling, by the year 2100.
That's half our electricity supply today.
Just for cooling.
But this also point us
to an amazing opportunity.
A 10 or 20 percent improvement
in the efficiency of every cooling system
could actually have an enormous impact
on our greenhouse gas emissions,
both today and later this century.
And it could help us avert
that worst-case feedback loop.
I'm a scientist who thinks a lot
about light and heat.
In particular, how new materials
allow us to alter the flow
of these basic elements of nature
in ways we might have
once thought impossible.
So, while I always understood
the value of cooling
during my summer vacations,
I actually wound up
working on this problem
because of an intellectual puzzle
that I came across about six years ago.
How were ancient peoples
able to make ice in desert climates?
This is a picture of an ice house,
also called a Yakhchal,
located in the southwest of Iran.
There are ruins of dozens
of such structures throughout Iran,
with evidence of similar such buildings
throughout the rest of the Middle East
and all the way to China.
The people who operated
this ice house many centuries ago,
would pour water
in the pool you see on the left
in the early evening hours,
as the sun set.
And then something amazing happened.
Even though the air temperature
might be above freezing,
say five degrees Celsius
or 41 degrees Fahrenheit,
the water would freeze.
The ice generated would then be collected
in the early morning hours
and stored for use in the building
you see on the right,
all the way through the summer months.
You've actually likely seen
something very similar at play
if you've ever noticed frost form
on the ground on a clear night,
even when the air temperature
is well above freezing.
But wait.
How did the water freeze
if the air temperature is above freezing?
Evaporation could have played an effect,
but that's not enough to actually
cause the water to become ice.
Something else must have cooled it down.
Think about a pie
cooling on a window sill.
For it to be able to cool down,
its heat needs to flow somewhere cooler.
Namely, the air that surrounds it.
As implausible as it may sound,
for that pool of water, its heat
is actually flowing to the cold of space.
How is this possible?
Well, that pool of water,
like most natural materials,
sends out its heat as light.
This is a concept
known as thermal radiation.
In fact, we're all sending out our heat
as infrared light right now,
to each other and our surroundings.
We can actually visualize this
with thermal cameras
and the images they produce,
like the ones I'm showing you right now.
So that pool of water
is sending out its heat
upward towards the atmosphere.
The atmosphere and the molecules in it
absorb some of that heat and send it back.
That's actually the greenhouse effect
that's responsible for climate change.
But here's the critical thing
to understand.
Our atmosphere doesn't absorb
all of that heat.
If it did, we'd be
on a much warmer planet.
At certain wavelengths,
in particular between
eight and 13 microns,
our atmosphere has what's known
as a transmission window.
This window allows some of the heat
that goes up as infrared light
to effectively escape,
carrying away that pool's heat.
And it can escape to a place
that is much, much colder.
The cold of this upper atmosphere
and all the way out to outer space,
which can be as cold
as minus 270 degrees Celsius,
or minus 454 degrees Fahrenheit.
So that pool of water is able
to send out more heat to the sky
than the sky sends back to it.
And because of that,
the pool will cool down
below its surroundings' temperature.
This is an effect
known as night-sky cooling
or radiative cooling.
And it's always been understood
by climate scientists and meteorologists
as a very important natural phenomenon.
When I came across all of this,
it was towards the end
of my PhD at Stanford.
And I was amazed by its apparent
simplicity as a cooling method,
yet really puzzled.
Why aren't we making use of this?
Now, scientists and engineers
had investigated this idea
in previous decades.
But there turned out to be
at least one big problem.
It was called night-sky
cooling for a reason.
Why?
Well, it's a little thing called the sun.
So, for the surface
that's doing the cooling,
it needs to be able to face the sky.
And during the middle of the day,
when we might want
something cold the most,
unfortunately, that means
you're going to look up to the sun.
And the sun heats most materials up
enough to completely counteract
this cooling effect.
My colleagues and I
spend a lot of our time
thinking about how
we can structure materials
at very small length scales
such that they can do
new and useful things with light --
length scales smaller
than the wavelength of light itself.
Using insights from this field,
known as nanophotonics
or metamaterials research,
we realized that there might be a way
to make this possible during the day
for the first time.
To do this, I designed
a multilayer optical material
shown here in a microscope image.
It's more than 40 times thinner
than a typical human hair.
And it's able to do
two things simultaneously.
First, it sends its heat out
precisely where our atmosphere
lets that heat out the best.
We targeted the window to space.
The second thing it does
is it avoids getting heated up by the sun.
It's a very good mirror to sunlight.
The first time I tested this
was on a rooftop in Stanford
that I'm showing you right here.
I left the device out for a little while,
and I walked up to it after a few minutes,
and within seconds, I knew it was working.
How?
I touched it, and it felt cold.
(Applause)
Just to emphasize how weird
and counterintuitive this is:
this material and others like it
will get colder when we take them
out of the shade,
even though the sun is shining on it.
I'm showing you data here
from our very first experiment,
where that material stayed
more than five degrees Celsius,
or nine degrees Fahrenheit, colder
than the air temperature,
even though the sun
was shining directly on it.
The manufacturing method we used
to actually make this material
already exists at large volume scales.
So I was really excited,
because not only
do we make something cool,
but we might actually have the opportunity
to do something real and make it useful.
That brings me to the next big question.
How do you actually
save energy with this idea?
Well, we believe the most direct way
to save energy with this technology
is as an efficiency boost
for today's air-conditioning
and refrigeration systems.
To do this, we've built
fluid cooling panels,
like the ones shown right here.
These panels have a similar shape
to solar water heaters,
except they do the opposite --
they cool the water, passively,
using our specialized material.
These panels can then
be integrated with a component
almost every cooling system has,
called a condenser,
to improve the system's
underlying efficiency.
Our start-up, SkyCool Systems,
has recently completed a field trial
in Davis, California, shown right here.
In that demonstration,
we showed that we could actually
improve the efficiency
of that cooling system
as much as 12 percent in the field.
Over the next year or two,
I'm super excited to see this go
to its first commercial-scale pilots
in both the air conditioning
and refrigeration space.
In the future, we might be able
to integrate these kinds of panels
with higher efficiency
building cooling systems
to reduce their energy
usage by two-thirds.
And eventually, we might actually
be able to build a cooling system
that requires no electricity input at all.
As a first step towards that,
my colleagues at Stanford and I
have shown that you could
actually maintain
something more than 42 degrees Celsius
below the air temperature
with better engineering.
Thank you.
(Applause)
So just imagine that --
something that is below freezing
on a hot summer's day.
So, while I'm very excited
about all we can do for cooling,
and I think there's a lot yet to be done,
as a scientist, I'm also drawn
to a more profound opportunity
that I believe this work highlights.
We can use the cold darkness of space
to improve the efficiency
of every energy-related
process here on earth.
One such process
I'd like to highlight are solar cells.
They heat up under the sun
and become less efficient
the hotter they are.
In 2015, we showed that
with deliberate kinds of microstructures
on top of a solar cell,
we could take better advantage
of this cooling effect
to maintain a solar cell passively
at a lower temperature.
This allows the cell
to operate more efficiently.
We're probing these kinds
of opportunities further.
We're asking whether
we can use the cold of space
to help us with water conservation.
Or perhaps with off-grid scenarios.
Perhaps we could even directly
generate power with this cold.
There's a large temperature difference
between us here on earth
and the cold of space.
That difference, at least conceptually,
could be used to drive
something called a heat engine
to generate electricity.
Could we then make a nighttime
power-generation device
that generates useful
amounts of electricity
when solar cells don't work?
Could we generate light from darkness?
Central to this ability
is being able to manage
the thermal radiation
that's all around us.
We're constantly bathed in infrared light;
if we could bend it to our will,
we could profoundly change
the flows of heat and energy
that permeate around us every single day.
This ability, coupled
with the cold darkness of space,
points us to a future
where we, as a civilization,
might be able to more intelligently manage
our thermal energy footprint
at the very largest scales.
As we confront climate change,
I believe having
this ability in our toolkit
will prove to be essential.
So, the next time
you're walking around outside,
yes, do marvel at how the sun
is essential to life on earth itself,
but don't forget that the rest of the sky
has something to offer us as well.
Thank you.
(Applause)
كنت في صغري أسافر كل صيف
من موطني في كندا لزيارة جدي وجدتي،
اللذان كانا يعيشان في مومباي، الهند.
الآن، الجو صيفًا في كندا لطيف نوعًا ما،
في أحسن الظروف ...
حوالي 22 درجة مئوية
أو 72 درجة فهرنهايت
تمثل يومًا صيفيًا عاديًا،
وليس حارًا للغاية.
مومباي، على النقيض، هي مكان حار ورطب
حرارته بضع وثلاثون درجة مئوية
أو بضع وتسعون درجة فهرنهايت.
بمجرد وصولي إليها، أتساءل:
"كيف يمكن لأحد أن يعيش أو يعمل
أو ينام في مثل هذا الجو؟"
وما يزيد الطين بلة، أن جدي وجدتي
لم يكونا يمتلكان مكيفًا للهواء.
وعلى الرغم من محاولتي بأقصى، أقصى ما يمكن،
لم أتمكن أبدًا من إقناعهما بشراء واحد.
لكن الأمر يتغيَّر، وبسرعة.
تمثل أنظمة التبريد اليوم
إجمالًا 17 بالمائة
من استهلاكنا للكهرباء على مستوى العالم.
يشمل هذا كل شيء بدءًا من مكيفات الهواء،
التي أردتها بشدة أثناء عطلاتي الصيفية،
إلى أنظمة التبريد التي تحفظ لنا
طعامنا سليمًا وباردًا
في السوبرماركت،
إلى الأنظمة التي تحفظ مراكز البيانات
في حالتها التشغيلية على المستوى الصناعي.
تمثل هذه الأنظمة إجمالًا ثمانية بالمائة
من الانبعاثات المسببة
للاحتباس الحراري في العالم.
لكن ما يؤرقني ليلًا
هو أن استهلاكنا للطاقة من أجل التبريد
قد يزداد ستةَ أضعافٍ بحلول عام 2050،
والعامل الأساسي في ذلك هو استخدامها
المتزايد في الدول الآسيوية والإفريقية.
لقد رأيت هذا بنفسي.
كل شقة تقريبًا بمحيط منزل جدتي
بها الآن مكيف هواء.
وهذا بالطبع، أمر جيد
بالنسبة لصحة الناس الذين يعيشون في الأجواء
الأكثر دفئًا، ولسلامتهم وإنتاجيتهم.
إلا أن أحد أبرز الأمور المقلقة
بخصوص تغير المناخ
هو أنه كلما ازدادت درجة حرارة كوكبنا،
سنصبح أكثر احتياجًا لأنظمة التبريد...
الأنظمة التي هي نفسها مصدر كبير
لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
وهذا من شأنه إذن التسبب
في حلقة تغذية عكسية،
قد تصبح فيها أنظمة التبريد وحدها
أحد أكبر مصادر غازات الاحتباس الحراري
لاحقًا في هذا القرن.
في أسوأ الظروف،
قد نحتاج لأكثر من 10 تريليونات
كيلو وات ساعة من الكهرباء كل عام،
فقط من أجل التبريد، بحلول عام 2100.
ما يمثل نصف إمداداتنا من الكهرباء اليوم.
فقط من أجل التبريد.
إلا أن هذا يقودنا أيضًا نحو فرصة مذهلة.
إن تحسين كفاءة كل نظام تبريد
بنسبة 10 إلى 20 بالمائة
يمكن أن يكون له تأثيرٌ كبير
على انبعاثاتنا من غازات الاحتباس الحراري،
في كل من الحاضر، ولاحقًا في هذا القرن.
ويمكن أن يساعدنا أيضًا في تفادي حلقة
التغذية العكسية التي تمثل أسوأ الظروف.
أنا عالم يفكر كثيرًا بشأن الضوء والحرارة.
وتحديدًا، كيف تمكننا المواد الجديدة
من تغيير سريان
هذه العناصر الأساسية للطبيعة
بطرق قد نكون اعتقدنا أنها مستحيلة
يومًا ما.
لذا، على الرغم من إدراكي الدائم
لأهمية التبريد
خلال عطلاتي الصيفية،
إلا أنني تحمست حقًا للعمل على هذه المشكلة
بسبب لغز عقلي صادفني منذ حوالي ست سنوات.
كيف تمكنت الشعوب القديمة من صنع الثلج
في المناخات الصحراوية؟
هذه صورة لمستودع للثلج،
يُطلق عليه أيضًا "یخچال"،
ويقع في جنوب غرب إيران.
توجد أنقاض للعشرات من هذه الأبنية
في أرجاء إيران،
وما يدل على وجود مثل هذه الأبنية
في أرجاء بقية الشرق الأوسط
وصولًا إلى الصين.
كان الأشخاص الذين يُشغِّلون هذا المستودع
منذ عدة قرون،
يصبون الماء في البركة التي ترونها
على اليسار
في ساعات الليل الأولى، مع غروب الشمس.
ثم يحدث أمر مذهل.
على الرغم من أن درجة حرارة الهواء قد تكون
أعلى من درجة التجمد،
مثلًا خمس درجات مئوية أو 41 درجة فهرنهايت،
إلا أن المياه كانت تتجمد.
وكان يتم جمع الثلج المتولد
في ساعات النهار الأولى
وتخزينه للاستخدام في المبنى
الذي ترونه على اليمين،
طوال شهور الصيف.
يُحتمل أن تكونوا قد رأيتم بالفعل
شيئًا مماثلًا ملموسًا
إذا كنتم قد لاحظتم يومًا الصقيع
من على الأرض في ليلة صافية،
حتى عندما تكون درجة حرارة الهواء
أعلى من درجة التجمد بقدر معتبر.
لكن تمهلوا.
كيف تجمدت المياه إذا كانت درجة حرارة
الهواء أعلى من درجة التجمد؟
يمكن أن يكون للتبخر دورٌ في ذلك،
إلا أن هذا لا يكفي لجعل الماء
يتحول إلى ثلج فعليًا.
لابد أن شيئًا آخر أدَّى إلى خفض حرارته.
فكروا في فطيرة تبرد على عتبة إحدى النوافذ.
حتى تستطيع أن تبرد، لابد أن تسري حرارتها
إلى مكانٍ ما أبرد.
تحديدًا، الهواء المحيط بها.
قد يبدو هذا غير معقول،
لكن وبالنسبة لبركة الماء تلك،
فإن حرارتها تسري فعليًا إلى برودة الفضاء
كيف يكون هذا ممكنًا؟
حسنًا، بركة الماء تلك مثلها
مثل معظم المواد الطبيعية،
تبعث حرارتها في صورة ضوء.
هذا مفهوم يُعرف بالإشعاع الحراري.
في الحقيقة، كلنا نبعث حرارتنا الآن في صورة
أشعة تحت حمراء،
إلى بعضنا البعض وإلى ما يحيط بنا.
يمكننا بالفعل تخيل هذا
باستخدام الكاميرات الحرارية
وبالصور التي تنتجها،
مثل التي أعرضها لكم الآن.
لذا تبعث بركة الماء تلك حرارتها
لأعلى باتجاه الغلاف الجوي.
يمتص الغلاف الجوي والجزيئات بداخله
جزءًا من الحرارة ويعيد بعثها.
وهذا يمثل في الحقيقة تأثير الاحتباس
الحراري المسؤول عن تغير المناخ.
لكن هذا هو الشيء الحاسم الذي لابد من فهمه:
غلافنا الجوي لا يمتص كل تلك الحرارة.
لو كان كذلك، كنا سنكون على كوكب
أكثر دفئًا.
عند أطوال موجية معينة،
تحديدًا بين ثمانية و13 ميكرومتر،
لدى غلافنا الجوي ما يسمى بنافذة إرسال.
تسمح هذه النافذة بعبور جزء من الحرارة
إلى الأعلى في صورة أشعة تحت حمراء
لينفذ بفاعلية،
حاملًا حرارة تلك البركة بعيدًا.
يمكن أن تنفذ إلى مكان
يكون أكثر برودة كثيرًا.
برودة هذا الغلاف الجوي العلوي
ووصولًا إلى الفضاء الخارجي،
الذي يمكن أن تصل فيه البرودة
إلى ناقص 270 درجة مئوية،
أو ناقص 454 درجة فهرنهايت.
لذا يمكن أن تبعث بركة الماء تلك المزيد
من الحرارة إلى السماء
ثم تعيد السماء إرسالها إليها.
ونتيجةً لذلك،
تبرد البركة إلى درجة أقل من درجة حرارة
الأشياء المحيطة.
هذا تأثير يُعرف بتبريد السماء ليلًا
أو التبريد الإشعاعي.
وقد أقره علماء المناخ
وخبراء الأرصاد الجوية دائمًا
بصفته ظاهرة طبيعية هامة جدًا.
عندما صادفني كل هذا،
كنت بصدد إنهاء الدكتوراه الخاصة بي
في ستانفورد.
وقد اندهشت من سهولتها الواضحة
كطريقة للتبريد،
واحترت أيضًا.
لماذا لا نستفيد من هذا؟
هذه الفكرة قد تدارسها العلماء والمهندسون
في العقود السابقة.
لكن اتضح وجود مشكلة واحدة كبيرة على الأقل.
فقد سُمّي تبريد السماء ليلًا لسبب ما.
لماذا؟
حسنًا، إنه شيء صغير يسمى الشمس.
لذا، بالنسبة للسطح الذي يقوم بالتبريد،
ينبغي أن يكون محاذيًا للسماء.
وأثناء منتصف اليوم،
عندما نحتاج شيئًا باردًا
أكثر من أي وقت آخر،
للأسف، هذا يعني أنك ستنظر لأعلى
باتجاه الشمس.
والشمس ترفع درجة حرارة معظم المواد
بما يكفي لإبطال تأثير التبريد.
أقضي أنا وزملائي الكثير من وقتنا
في التفكير حول كيفية بناء مواد
عند مقاييس أطوال صغيرة جدًا
بحيث يمكن أن تقوم بأشياء جديدة
ومفيدة باستخدام الضوء...
مقاييس أطوال أصغر
من الطول الموجي للضوء نفسه.
باستخدام المعرفة من هذا المجال،
المعروف بعلم بصريات النانو
أو أبحاث المواد الخارقة،
أدركنا احتمالية وجود طريقة
نجعل بها هذا ممكنًا خلال النهار
لأول مرة.
للقيام بهذا، صممت مادة بصرية
متعددة الطبقات
موضَّحة هنا في صورة مجهرية.
إنها أرفع 40 مرة من شعرة الإنسان العادية.
ويمكنها القيام بشيئين في آنٍ واحد.
أولًا، تبعث حرارتها
تحديدًا إلى أفضل مكان
يطلق غلافنا الجوي الحرارة إليه.
لقد استهدفنا النافذة إلى الفضاء.
الشيء الثاني الذي تقوم به هو تفادي التسخين
بفعل الشمس.
إنها مرآة جيدة جدًا لأشعة الشمس.
أول مرة جربت هذا كان على أحد الأسطح
في ستانفورد
الذي أريكم إياه هنا.
لقد تركت الجهاز في الخارج لفترة قصيرة،
ثم ذهبت إليه بعد بضع دقائق،
وخلال ثوانٍ علمت أنه يعمل.
كيف ذلك؟
لمسته، وكان باردًا.
(تصفيق)
حتى أؤكد لكم كم أن هذا الأمر
غريب ومناف للبديهة:
هذه المادة وما يشابهها
تصبح أكثر برودة عندما نزيحها عن الظل،
على الرغم من تسليط أشعة الشمس عليها.
إنني أعرض لكم هنا بيانات من أول تجربة لنا،
حيث ظلت المادة أكثر برودة
من درجة حرارة الهواء
بأكثر من خمس درجات مئوية،
أو تسع درجات فهرنهايت،
على الرغم من تسليط أشعة الشمس عليها
مباشرةً.
طريقة التصنيع التي استخدمناها
لصنع هذه المادة في الحقيقة
تُستخدم بالفعل على المقاييس كبيرة الحجم.
لذا كنت متحمسًا جدًا،
لا لأننا نقوم بشيء رائع فحسب،
بل لأنه قد تكون لدينا الفرصة حقًا للقيام
بشيء حقيقي وجعله نافعًا.
يأخذني هذا إلى السؤال الكبير التالي:
كيف يمكنكم الحفاظ على الطاقة فعلًا
باستخدام هذه الفكرة؟
حسنًا، إننا نعتقد أن أكثر طريقة مباشرة
للحفاظ على الطاقة بهذه التكنولوجيا
هي تعزيز الكفاءة
بالنسبة لأنظمة تكييف الهواء
والتبريد الحالية.
لعمل ذلك، أنشأنا ألواح تبريد بالسوائل،
مثل تلك المعروضة هنا.
تشبه هذه الألواح سخانات المياه الشمسية
في الشكل،
إلا أنها تقوم بالعكس...
تقوم بتبريد المياه، سلبيًا،
باستخدام مادتنا المخصصة.
يمكن أن تُدمج هذه الألواح بعد ذلك
مع أحد المكونات
الذي لا يخلو منه تقريبًا أي نظام تبريد،
ويسمى المكثف،
من أجل تحسين كفاءة النظام الأساسية.
أنهت شركتنا المبتدئة "سكاي كول سيستمز"
مؤخرًا تجربة حقلية في ديفيس، كاليفورنيا،
كما هو موضَّح هنا.
في ذلك العرض،
أوضحنا أن بإمكاننا بالفعل تحسين كفاءة
نظام التبريد هذا بما يكافئ 12 بالمائة
في الحقل.
خلال العام أو العامين المقبلين،
أنا متحمس للغاية لرؤية هذا يسير نحو
أولى منتجاته التجريبية تجاريًا
في كل من تكييفات الهواء وثلاجات التبريد.
في المستقبل، قد نتمكن من دمج
مثل هذه الألواح
مع أنظمة تبريد المباني ذات كفاءة عالية
للحد من استهلاكها للطاقة بحوالي الثلثين.
وفي النهاية، قد نتمكن بالفعل
من إنشاء نظام تبريد
لا يحتاج لأي تغذية كهربائية على الإطلاق.
كخطوة أولى لتحقيق ذلك،
أثبتنا أنا وزملائي في ستانفورد
أن بإمكانكم بالفعل إبقاء حرارة شيء ما
أقل من درجة حرارة الهواء
بأكثر من 42 درجة مئوية
مع تصميم هندسي أفضل.
شكرًا لكم.
(تصفيق)
لذا تخيلوا فقط ذلك...
شيء ما أقل من درجة التجمد
في يوم صيفي حار.
لذا، رغم حماسي الشديد
حول كل ما يمكننا فعله من أجل التبريد،
وأعتقد أنه لا يزال هناك الكثير لفعله،
إلا أنني أيضًا، كعالم،
تجذبني فرصة أكثر عمقًا
والتي أعتقد أن هذا العمل يسلط الضوء عليها.
يمكننا استخدام ظلام الفضاء البارد
لتحسين كفاءة
كل عملية مرتبطة بالطاقة هنا على الأرض.
إحدى هذه العمليات التي أود أن أركز عليها
هي الخلايا الشمسية.
فحرارتها ترتفع تحت أشعة الشمس
وتصبح أقل كفاءة كلما سخنت أكثر.
في عام 2015، أثبتنا أنه وبوضع
أنواع مدروسة من البنيات الدقيقة
فوق الخلية الشمسية،
يمكننا الاستفادة بشكل أفضل
من تأثير التبريد هذا
للحفاظ على الخلية الشمسية سلبيًا
عند درجة حرارة أقل.
يمكِّن هذا الخلية الشمسية
من العمل بكفاءة أكبر.
إننا نتعمق أكثر في دراسة مثل هذه الفرص.
إننا نتساءل ما إذا كان يمكننا الاستفادة
من برودة الفضاء
لتساعدنا في الحفاظ على المياه،
أو ربما في سيناريوهات
التخلي عن شبكة الكهرباء.
ربما يكون بإمكاننا حتى أن نولد الطاقة
مباشرةً باستخدام هذه البرودة.
يوجد فرق درجات حرارة كبير بيننا هنا
على الأرض
وبين برودة الفضاء.
هذا الفرق، نظريًا على الأقل،
يمكن أن يُستخدم لتشغيل
ما يطلق عليه المحرك الحراري
لتوليد الكهرباء.
هل يمكننا حينها أن نصنع جهازًا ليليًا
لتوليد كهرباء
يولد كميات مُجدية من الكهرباء
في الوقت الذي لا تعمل فيه الخلايا الشمسية؟
هل يمكننا توليد الضوء من الظلام؟
جوهر هذه القدرة، هو أن نكون قادرين
على التحكم
في الإشعاع الحراري الذي يحيط بنا تمامًا.
إننا مغمورون باستمرار بالأشعة تحت الحمراء؛
إذا تمكنا من التحكم فيها،
فقد نتمكن من تغيير تدفقات الحرارة والطاقة
التي تتنشر حولنا كل يوم.
توجهنا هذه القدرة،
إلى جانب ظلام الفضاء البارد،
نحو مستقبل حيث يمكن أن نكون، كشعوب متحضرة،
قادرين على التحكم في بصمتنا
من الطاقة الحرارية بشكل أكثر ذكاءً
وذلك على المقاييس الكبيرة جدًا.
أثناء مواجهتنا لتغير المناخ،
أعتقد أن تمتعنا بهذه القدرة
ضمن حلولنا المتاحة
سيثبُت أهميتها.
لذا، في المرة القادمة
عندما تتجولون بالخارج،
نعم، تعجبوا كم أن الشمس ضرورية للحياة
على الأرض نفسها،
لكن لا تنسوا أن ما تبقى من السماء
لديه ما يقدمه لنا أيضًا.
شكرًا لكم.
(تصفيق)
Als ich aufwuchs, flog ich jeden Sommer
von meinem Zuhause in Kanada
zu meinen Großeltern,
die in Mumbai, Indien, lebten.
Kanadische Sommer sind bestenfalls mild
-- etwa 22 Grad Celsius
oder 72 Grad Fahrenheit
sind für einen Sommertag typisch,
also nicht zu heiß.
Mumbai hingegen ist ein heißes
und feuchtes Gebiet
mit über 30 °Celsius oder 90 °Fahrenheit.
Wenn ich ankam, fragte ich immer:
"Wie kann man bei so einem Wetter
leben, arbeiten oder schlafen?"
Obendrein hatten meine Großeltern
keine Klimaanlage.
Obwohl ich mein Bestes gab,
konnte ich sie nie zum Kauf
von einer überzeugen.
Aber das ändert sich schnell.
Kühlsysteme verbrauchen heute weltweit
zusammen 17 Prozent des Stroms.
Dazu gehören Klimaanlagen,
die ich in den Sommerferien
so unbedingt wollte,
über Kühlsysteme, die in den Supermärkten
unsere Lebensmittel
sicher und kalt halten,
bis zu Systemen im industriellen Maßstab
in unseren Rechenzentren.
Zusammen machen diese Systeme acht Prozent
der weltweiten Treibhausgasemissionen aus.
Aber was mich nachts wach hält, ist,
dass unser Energieverbrauch für Kühlung
bis 2050 um das Sechsfache steigen wird,
vor allem durch die zunehmende Nutzung
in asiatischen und afrikanischen Ländern.
Ich habe das selbst gesehen.
Fast jede Wohnung
in der Nähe meiner Großmutter
hat jetzt eine Klimaanlage.
Das ist natürlich eine gute Sache
für die Gesundheit, das Wohlergehen
und die Produktivität von Menschen,
die in wärmeren Klimazonen leben.
Einer der alarmierendsten Aspekte
beim Klimawandel ist jedoch,
je wärmer unser Planet wird,
desto mehr benötigen wir Kühlsysteme --
Systeme, die selbst große Emittenten
von Treibhausgasen sind.
Das hat dann das Potenzial,
eine Rückkopplungsschleife zu verursachen,
in der allein die Kühlsysteme
zum Ende dieses Jahrhunderts
eine unserer größten Quellen
von Treibhausgasen werden könnten.
Im schlimmsten Fall könnten wir
im Jahr 2100 nur zum Kühlen
mehr als 10 Billionen Kilowattstunden
Strom pro Jahr benötigen.
Das ist die Hälfte
des heutigen Stromverbrauchs.
Nur zur Kühlung.
Aber das weist uns auch
auf eine erstaunliche Chance hin.
Eine 10- oder 20-prozentige Verbesserung
der Effizienz jedes Kühlsystems
könnte sowohl heute als auch
später in diesem Jahrhundert
enorme Auswirkungen
auf unseren Treibhausgasausstoß haben.
Das könnte uns helfen, die befürchtete
Rückkopplungsschleife abzuwenden.
Ich bin ein Wissenschaftler, der viel
über Licht und Wärme nachdenkt.
Insbesondere, wie es uns
neue Materialien ermöglichen,
den Fluss dieser grundlegenden
Elemente der Natur so zu verändern,
wie wir es früher
für unmöglich gehalten hätten.
Obwohl ich schon immer
den Wert der Kühlung
in den Sommerferien verstand,
arbeitete ich letztlich an diesem Problem
wegen eines intellektuellen Rätsels,
auf das ich vor 6 Jahren stieß.
Wie waren uralte Völker in der Lage,
in Wüstengebieten Eis zu machen?
Dies ist ein Bild eines Eishauses,
auch Yachchal genannt,
im Südwesten des Irans.
Es gibt Ruinen von Dutzenden
solcher Strukturen im ganzen Iran,
mit Hinweisen auf ähnliche Gebäude
im gesamten Rest des Mittleren Ostens
und bis nach China.
Die Leute, die dieses Eishaus
vor vielen Jahrhunderten betrieben,
gossen in den frühen Abendstunden,
wenn die Sonne unterging,
Wasser in das Becken, das Sie links sehen.
Dann geschah etwas Erstaunliches.
Obwohl die Lufttemperatur
über dem Gefrierpunkt liegen konnte,
sagen wir 5 Grad Celsius
oder 41 Grad Fahrenheit,
gefror das Wasser.
Das erzeugte Eis wurde dann
in den frühen Morgenstunden eingesammelt
und in dem Gebäude auf der rechten Seite
bis in die Sommermonate hinein
zum Gebrauch gelagert.
Sie haben wahrscheinlich schon mal
einen sehr ähnlichen Vorgang gesehen,
wenn sich in einer klaren Nacht
Reif am Boden bildet,
auch wenn die Lufttemperatur
über dem Gefrierpunkt liegt.
Aber Moment mal.
Wie kann das Wasser bei Lufttemperaturen
über dem Gefrierpunkt gefrieren?
Die Verdunstung könnte
eine Rolle gespielt haben,
aber das ist nicht genug,
um das Wasser in Eis zu verwandeln.
Etwas anderes muss es abgekühlt haben.
Denken Sie an einen Kuchen,
der auf einer Fensterbank abkühlt.
Damit er sich abkühlen kann, muss
seine Wärme an einen kälteren Ort fließen.
Nämlich in die umgebende Luft.
So unplausibel es klingen mag,
die Wärme dieses Wasserbeckens
fließt in die Kälte des Weltraumes.
Wie ist das möglich?
Dieses Wasserbecken sendet,
wie die meisten natürlichen Materialien,
seine Wärme als Licht aus.
Das ist ein als Wärmestrahlung
bekanntes Konzept.
Tatsächlich senden wir uns alle
unsere Wärme gegenseitig
und an unsere Umgebung
als Infrarotlicht aus.
Wir können das mit Wärmebildkameras
und den Bildern, die sie erzeugen,
wie diese hier, visualisieren.
Das Wasserbecken sendet also seine Wärme
nach oben zur Atmosphäre.
Die Atmosphäre und die Moleküle darin
nehmen einen Teil dieser Wärme auf
und senden sie zurück.
Genau das ist der Treibhauseffekt,
der den Klimawandel verursacht.
Aber hier ist der entscheidende Punkt.
Unsere Atmosphäre
absorbiert nicht die ganze Wärme.
Wäre es so, hätten wir
einen viel wärmeren Planeten.
Bei bestimmten Wellenlängen,
insbesondere zwischen
8 und 13 Mikrometern,
hat unsere Atmosphäre
ein sogenanntes Transmissionsfenster.
Dieses Fenster lässt etwas von der Wärme,
die als Infrarotlicht hochstrahlt,
letztlich entweichen und die Wärme
dieses Beckens abtransportieren.
Sie kann an einen Ort gelangen,
der viel, viel kälter ist.
Die Kälte dieser oberen Atmosphäre
und des ganzen Weges
hinaus in den Weltraum,
der minus 270 Grad Celsius
bzw. minus 454 Grad Fahrenheit sein kann.
So kann das Wasserbecken
mehr Hitze zum Himmel senden,
als der Himmel zu ihm zurückschickt.
Deswegen wird das Becken
unter die Temperatur
seiner Umgebung abkühlen.
Das ist ein Effekt,
der als Nachthimmel-Kühlung
oder Strahlungskühlung bekannt ist.
Klimawissenschaftlern und Meteorologen
sahen ihn schon immer
als ein sehr wichtiges Naturphänomen an.
Als ich all das erfuhr,
war es gegen Ende
meiner Doktorarbeit in Stanford.
Über seine scheinbare Einfachheit
als Kühlmethode war ich erstaunt,
aber auch echt verwirrt.
Warum nutzen wir das nicht?
Wissenschaftler und Ingenieure
hatten dieses Konzept
in früheren Jahrzehnten untersucht.
Aber es stellte sich heraus,
dass es mindestens ein großes Problem gab.
Es wurde aus gutem Grund
als Nachthimmel-Kühlung bezeichnet.
Warum?
Es ist ein kleines Ding namens Sonne.
Die Oberfläche, die abkühlen soll,
muss auf den Himmel gerichtet sein.
Während der Tagesmitte,
wenn wir die Kühlung am meisten wollen,
bedeutet das leider,
dass die Sonne auf die Fläche scheint.
Die Sonne heizt
die meisten Materialien auf
und wirkt diesem Kühleffekt
vollständig entgegen.
genau dort aus, wo unsere Atmosphäre
diese Wärme am besten durchlässt.
Wir zielten auf das Fenster zum Weltraum.
Zweitens: Es lässt sich
von der Sonne nicht erhitzen.
Es ist ein sehr guter Spiegel
für das Sonnenlicht.
Zum ersten Mal testete ich es
auf einem Dach in Stanford,
das Sie hier sehen.
Ich ließ das Gerät für eine Weile draußen,
und nach ein paar Minuten
ging ich wieder hin
und wusste sofort, dass es funktionierte.
Wie?
Ich berührte es
und es fühlte sich kalt an.
(Beifall)
dass sie neue und nützliche
Dinge mit Licht tun können,
Längenbereiche, die kleiner sind
als die Wellenlänge des Lichts selbst.
Dank der Erkenntnisse
aus diesem Bereich,
bekannt als Nanophotonik
oder Metamaterialforschung,
wurde uns klar, dass es vielleicht
eine Methode gibt,
dies erstmals auch am Tage zu ermöglichen.
Dazu habe ich ein mehrschichtiges
optisches Material entworfen,
das Sie hier im Mikroskopbild sehen.
Es ist mehr als 40-mal dünner
als ein menschliches Haar.
Es kann zwei Dinge gleichzeitig.
Erstens: Es sendet seine Wärme
Meine Kollegen und ich
denken viel darüber nach,
Materialien im sehr kleinen Maßstab
so zu strukturieren,
Nur um zu betonen, wie merkwürdig
und kontraintuitiv das ist:
Dieses Material und andere werden kälter,
wenn wir sie aus dem Schatten nehmen,
obwohl die Sonne darauf scheint.
Das hier sind Daten
von unserem allerersten Experiment,
wo dieses Material mehr als 5° Celsius
bzw. 9° Fahrenheit kälter
als die Lufttemperatur blieb,
obwohl die Sonne direkt darauf schien.
Das von uns verwendete Verfahren
zur Herstellung dieses Materials
existiert bereits für große Volumina.
Also war ich wirklich aufgeregt,
weil wir nicht nur etwas Cooles machen,
sondern vielleicht sogar die Chance haben,
etwas praktisch Nutzbares zu machen.
Das bringt mich zur nächsten großen Frage.
Wie spart man mit dieser Idee Energie?
Wir glauben, der direkteste Weg,
mit dieser Technologie Energie zu sparen,
ist die Effizienzsteigerung
für die heutigen Klima- und Kälteanlagen.
Dazu bauten wir Flüssigkeitskühlplatten,
wie die, die Sie hier sehen.
Die Platten sind so ähnlich geformt
wie solare Wassererhitzer,
außer dass sie das Gegenteil tun --
sie kühlen das Wasser passiv
mit unserem speziellen Material.
Diese Platten können dann
mit etwas kombiniert werden,
das fast jedes Kühlsystem hat:
einen Kondensator,
um die Effizienz
des Systems zu verbessern.
Unser Start-up, SkyCool Systems,
hat kürzlich in Davis, Kalifornien,
einen Feldversuch abgeschlossen,
wie hier zu sehen ist.
In der Vorführung zeigten wir,
dass wir die Effizienz dieses Kühlsystems
unter Praxisbedingungen
tatsächlich um ganze 12 Prozent
verbessern konnten.
In den nächsten 1-2 Jahren
freue ich mich darauf,
das bei den ersten
kommerziellen Pilotprojekten,
sowohl für Klima- als auch
für Kühlanlagen zu sehen.
In Zukunft könnten wir diese Platten
mit effizienteren Kühlsystemen
für Gebäude kombinieren
und ihren Energieverbrauch
um zwei Drittel reduzieren.
Schließlich könnten wir tatsächlich
ein Kühlsystem bauen,
das überhaupt keinen Strom benötigt.
Als ersten Schritt dorthin
haben meine Kollegen
von Stanford und ich gezeigt,
dass man mit besserer Technik
in der Tat etwas mehr als 42° Celsius
unter der Lufttemperatur halten könnte.
Vielen Dank.
(Beifall)
Man stelle sich das vor --
etwas, dessen Temperatur
an einem heißen Sommertag
unter dem Gefrierpunkt liegt.
Ich bin sehr aufgeregt, was wir alles
für Kühlung tun können,
und ich denke, dass es noch
viel mehr zu tun gibt.
Als Wissenschaftler zieht mich auch
eine grundlegendere Chance an,
die diese Arbeit nach aufzeigt.
Wir können die kalte Dunkelheit
des Weltraums nutzen,
um die Effizienz eines jeden
energiebezogenen Prozesses
hier auf der Erde zu verbessern.
Einen solchen Prozess
möchte ich hervorheben: Solarzellen.
Die heizen sich in der Sonne auf
und werden umso ineffizienter,
je heißer sie werden.
Im Jahr 2015 haben wir gezeigt,
dass wir mit bestimmten Mikrostrukturen
auf der Oberseite einer Solarzelle
diese Kühlwirkung besser nutzen können,
um eine Solarzelle passiv bei einer
niedrigeren Temperatur zu halten.
Dies ermöglicht der Zelle,
effizienter zu arbeiten.
Wir erforschen diese Möglichkeit weiter.
Wir fragen uns, ob wir die Kälte
des Weltraums nutzen können,
um uns beim Wassersparen zu helfen
oder vielleicht bei Szenarien
mit Netzunabhängigkeit.
Vielleicht könnten wir mit dieser Kälte
sogar direkt Strom erzeugen.
Es gibt eine große Temperaturdifferenz
zwischen uns hier auf der Erde
und der Kälte des Weltraums.
Dieser Unterschied könnte zumindest
gedanklich verwendet werden,
um eine Wärmekraftmaschine anzutreiben
und Elektrizität zu erzeugen.
Könnten wir dann eine nächtliche
Stromerzeugungsmaschine bauen,
die brauchbare Mengen
an Elektrizität erzeugt,
wenn Solarzellen nicht funktionieren?
Könnten wir Licht
aus der Dunkelheit erzeugen?
Entscheidend dafür ist die Fähigkeit,
die Wärmestrahlung,
die uns umgibt, zu steuern.
Wir sind immer in Infrarotlicht getaucht.
Wenn wir es uns gefügig machen könnten,
könnten wir die täglichen Wärme-
und Energieflüsse zutiefst verändern.
Diese Fähigkeit, gepaart mit
der kalten Dunkelheit des Weltraums,
weist uns auf eine Zukunft hin,
in der wir als Zivilisation
in der Lage sein könnten,
unsere thermische Energiebilanz
im größten Stil intelligenter zu steuern.
Wenn wir uns dem Klimawandel stellen,
wird sich diese Fähigkeit
als unerlässliches Werkzeug erweisen.
Wenn Sie das nächste Mal
draußen herumlaufen,
bewundern Sie, wie notwendig die Sonne
für das Leben auf der Erde ist.
Aber vergessen Sie nicht,
dass uns der Rest des Himmels
auch etwas zu bieten hat.
Vielen Dank.
(Beifall)
Cada verano cuando era niño,
volaba desde mi casa en Canadá
para visitar a mis abuelos,
quienes vivían en Mumbai, India.
Los veranos canadienses son
bastante leves como mucho...
unos 22 º C o 72 º Fahrenheit
es un típico día de verano,
y no demasiado caliente.
Mumbai, por otro lado,
es un lugar cálido y húmedo
bien en los 30 º C o 90 º Fahrenheit.
Tan pronto llegaba, preguntaba,
"¿Cómo podría alguien vivir,
trabajar o dormir con ese clima?".
Para empeorar las cosas, mis abuelos
no tenían aire acondicionado.
Y aunque lo intenté mucho, mucho,
nunca logré persuadirlos para tener uno.
Pero esto está cambiando, y rápido.
Actualmente, los sistemas de refrigeración
representan colectivamente el 17 %
de la electricidad que usamos
en todo el mundo.
Incluye todo,
desde los aires acondicionados
como el que deseaba desesperadamente
durante mis vacaciones de verano,
a sistemas de refrigeración que mantienen
nuestra comida segura y fría
en nuestros supermercados,
a sistemas industriales que mantienen
operativos nuestros centros de datos.
En conjunto, estos sistemas
representan el 8 %
de las emisiones globales
de gases de efecto invernadero.
Pero lo que me despierta en la noche
es que la energía para la refrigeración
podría multiplicarse por 6 para el 2050,
impulsado principalmente por el aumento
del uso en países asiáticos y africanos.
Lo he visto de primera mano.
Casi todos los apartamentos en
y alrededor de la casa de mi abuela
ahora tiene un acondicionador de aire.
Y eso es, enfáticamente, algo bueno
para la salud, el bienestar
y la productividad
de personas que viven
en climas más cálidos.
Sin embargo, una de las cosas más
alarmantes sobre el cambio climático
es que cuanto más cálido
se pone nuestro planeta,
más necesitemos sistemas de enfriamiento,
sistemas que son en sí mismos grandes
emisores de gases de efecto invernadero.
Esto podría causar
un ciclo de retroalimentación,
en el que los sistemas de enfriamiento
podrían convertirse en una
de nuestras mayores fuentes
de gases de efecto invernadero a futuro.
En el peor caso, es posible que
necesitemos más de 10 billones
de kilovatios-hora de electricidad/año,
solo para enfriamiento, para el año 2100.
Eso es la mitad de nuestro
suministro de electricidad hoy.
Solo para enfriamiento.
Pero esto también nos señala
una oportunidad increíble.
Una mejora del 10 o 20 % en eficiencia
de cada sistema de enfriamiento
podría tener un impacto enorme en las
emisiones de gases de efecto invernadero,
tanto ya como más tarde este siglo.
Y podría ayudarnos a evitar ese ciclo de
retroalimentación en el peor de los casos.
Soy un científico que piensa mucho
en la luz y el calor.
En particular, cómo los nuevos materiales
nos permiten alterar el flujo
de estos elementos básicos
de la naturaleza
de una forma que alguna vez
podríamos haber pensado imposible.
Aunque siempre entendí
el valor de la refrigeración
durante mis vacaciones de verano,
de hecho, terminé trabajando
en este problema
debido a un acertijo intelectual
que encontré hace unos seis años.
¿Cómo pudieron los pueblos antiguos
hacer hielo en climas desérticos?
Esta es una imagen de una casa de hielo,
también llamada Yakhchal,
ubicada en el suroeste de Irán.
Hay ruinas de docenas de
tales estructuras en todo Irán,
con evidencia de edificios similares
en todo el resto del Medio Oriente
y todo el camino a China.
Las personas que operaron esta
casa de hielo hace muchos siglos,
vertían agua en el estanque
que ven a la izquierda
en las primeras horas de la tarde,
cuando se pone el sol.
Y luego sucedía algo asombroso.
Aunque la temperatura del aire
estuviera sobre del punto de congelación,
es decir 5 º C o 41 º Fahrenheit,
el agua se congelaba.
El hielo generado se recolectaba
a primera hora de la mañana
y se almacenaba para su uso
en el edificio que ven a la derecha,
todos los meses de verano.
Probablemente hayan visto algo
muy similar actuando
si han notado que se forma
escarcha en una noche clara,
incluso si la temperatura está
muy por encima del punto de congelación.
Pero esperen.
¿Cómo se congela el agua si la temperatura
está sobre el punto de congelación?
La evaporación podría tener un efecto,
pero no es suficiente para hacer
que el agua se convierta en hielo.
Algo más debe haberla enfriado.
Piensen en un pastel
enfriándose en una ventana.
Para que se enfríe, su calor necesita
fluir a algún lugar más fresco.
Es decir, al aire que lo rodea.
Por inverosímil que parezca,
en ese estanque, su calor
está fluyendo al frío del espacio.
¿Cómo es esto posible?
Ese estanque, como la mayoría
de los materiales naturales,
envía su calor como luz.
Este es un concepto conocido
como radiación térmica.
De hecho, todos estamos enviando nuestro
calor como luz infrarroja en este momento,
el uno al otro y nuestro entorno.
Podemos visualizar esto
con cámaras térmicas
y las imágenes que producen,
como las que les muestro ahora.
Entonces ese estanque
está enviando su calor
hacia arriba hacia la atmósfera.
La atmósfera y las moléculas en ella
absorben algo de ese calor y lo devuelven.
Ese es realmente el efecto invernadero
que es responsable del cambio climático.
Pero aquí está lo crítico para comprender.
Nuestra atmósfera
no absorbe todo ese calor.
Si lo hiciera, estaríamos
en un planeta mucho más cálido.
En ciertas longitudes de onda,
en particular entre 8 y 13 micras,
nuestra atmósfera tiene lo que se conoce
como una ventana de transmisión.
Esta ventana permite que parte del calor
que sube como luz infrarroja
escape de manera efectiva,
eliminando el calor de ese estanque.
Y puede escapar a un lugar
que es mucho, mucho más frío.
El frío de esta atmósfera superior
y todo el camino al espacio exterior,
que puede ser tan frío
como -270 º C,
o -454 º Fahrenheit.
Así, este estanque
pueda enviar más calor al cielo
de lo que el cielo le devuelve.
A causa de eso,
el estanque se enfriará por debajo de
la temperatura de su entorno.
Este es un efecto conocido como
enfriamiento nocturno
o enfriamiento radiativo.
Y siempre ha sido entendido por
los climatólogos y los meteorólogos
como un fenómeno natural muy importante.
Cuando me encontré con esto,
hacia el final de mi
doctorado en Stanford,
me sorprendió su aparente simplicidad
como método de enfriamiento;
realmente me desconcertó.
¿Por qué no estamos haciendo uso de esto?
Científicos e ingenieros
habían investigado esta idea
décadas anteriores,
pero resultó haber al menos
un gran problema.
Se llamaba enfriamiento nocturno
por una razón.
¿Por qué?
Bueno, es algo pequeño llamado "sol".
Para que la superficie que se enfríe,
necesita poder mirar al cielo
Y durante la mitad del día,
es cuando es posible que
más deseemos algo frío,
desafortunadamente, eso significa
que mirarás al sol.
Y el sol calienta la mayoría de materiales
lo suficiente para contrarrestar
por completo este efecto de enfriamiento.
Mis colegas y yo pasamos mucho tiempo
pensando en cómo estructurar materiales
en escalas de longitud muy pequeña
de modo que puedan hacer
cosas nuevas y útiles con la luz...
escalas de longitud más pequeñas
que la longitud de onda de la luz.
Usando ideas de este campo,
conocida como investigación de
nanofotónica o metamateriales,
nos dimos cuenta de que
podría haber una manera
de hacer esto posible
durante el día por primera vez.
Para hacer esto,
diseñé un material óptico multicapa
que les muestro aquí en una
imagen de microscopio.
Es más de 40 veces más delgado
que un cabello humano típico.
Y es capaz de hacer
dos cosas al mismo tiempo.
Primero, envía su calor
precisamente donde nuestra
atmósfera permite escapar el calor mejor.
Orientamos la ventana al espacio.
Lo segundo que hace es evitar
que el sol lo caliente.
Es un muy buen espejo
para la luz del sol.
La primera vez que la probé
fue en la azotea en Stanford
que les estoy mostrando aquí.
Dejé el dispositivo un tiempo,
y caminé hacia él
después de unos minutos,
y en segundos,
supe que estaba funcionando.
¿Cómo?
Lo toqué y se sintió frío.
(Aplausos)
Solo para enfatizar cuán raro
y contradictorio es esto:
este material y otros similares
se enfriarán cuando
los saquemos de la sombra,
a pesar de que el sol brille sobre él.
Les muestro datos aquí
de nuestro primer experimento,
en que ese material se mantuvo
más de 5 º C,
o 9 º Fahrenheit, más frío
que la temperatura del aire,
a pesar de que el sol brillaba
directamente sobre él.
El método de fabricación que usamos
para hacer este material
ya existe a grandes escalas de volumen.
Estaba muy emocionado,
porque no solo hacemos algo genial,
sino que podríamos tener la oportunidad
de hacer algo real y hacerlo útil.
Eso me lleva a la siguiente gran pregunta.
¿Cómo se ahorra energía con esta idea?
Creemos que la forma más directa
de ahorrar energía con esta tecnología
es como un impulso de eficiencia
a los sistemas actuales de
aire acondicionado y refrigeración.
Para hacerlo, construimos
paneles de enfriamiento,
como los que se muestran aquí.
Tienen una forma similar
a calentadores de agua solares,
excepto que hacen lo contrario:
enfrían el agua, pasivamente,
usando nuestro material especializado.
Estos paneles pueden integrarse
con un componente
de casi todos los sistemas
de enfriamiento, llamado condensador,
para mejorar la eficiencia
subyacente del sistema.
Nuestro emprendimiento, SkyCool Systems,
completó recientemente una prueba de
campo en Davis, California, que muestro.
En esa demostración,
mostramos que en realidad
podríamos mejorar la eficiencia
de ese sistema de enfriamiento
hasta un 12 % en campo.
Para el próximo año o dos,
estoy muy emocionado de que esto tenga
sus primeros pilotos a escala comercial
tanto en el espacio de aire acondicionado
como en el de refrigeración.
En el futuro, podríamos ser capaces
de integrar este tipo de paneles
con sistemas de enfriamiento
de edificios de mayor eficiencia
para reducir su consumo
de energía en dos tercios.
Y eventualmente, podríamos construir
un sistema de enfriamiento
que no requiriera consumo
de electricidad en absoluto.
Como primer paso hacia eso,
mis colegas en Stanford y yo
hemos demostrado que se podría mantener
algo más de 42 º C
por debajo de la temperatura del aire
con mejor ingeniería.
Gracias.
(Aplausos)
Imaginen eso...
algo que está bajo cero
en un caluroso día de verano.
Aunque estoy muy entusiasmado con todo
lo que podemos hacer para refrescarnos,
y creo que aún queda mucho por hacer,
como científico, también me atrae
una oportunidad más profunda
que creo que este trabajo destaca.
Podemos usar la fría oscuridad del espacio
para mejorar la eficiencia
de cada proceso relacionado
con la energía aquí en la Tierra.
Uno de esos procesos que me gustaría
destacar son las células solares.
Se calientan bajo el sol
y se vuelven menos eficientes
cuanto más calientes están.
En 2015 demostramos que
con clases deliberadas de microestructuras
encima de una célula solar,
podríamos aprovechar mejor
este efecto de enfriamiento
para mantener una célula solar
pasivamente a una temperatura más baja.
Esto permite que la célula funcione
de manera más eficiente.
Estamos investigando aún más
este tipo de oportunidades.
Nos preguntamos si podemos
usar el frío del espacio
para ayudarnos
con la conservación del agua.
O tal vez con escenarios fuera de la caja.
Quizás podríamos generar energía
directamente con este frío.
Hay una gran diferencia de temperatura
entre nosotros en la Tierra
y el frío del espacio.
Esa diferencia, al menos conceptualmente,
podría usarse para mover
algo llamado un motor de calor
para generar electricidad.
¿Podríamos hacer un dispositivo
de generación de energía nocturno
que generara cantidades
útiles de electricidad
cuando las celdas solares no funcionan?
¿Podríamos generar luz desde la oscuridad?
Es fundamental para esta capacidad
poder administrar
la radiación térmica
que está a nuestro alrededor.
Estamos constantemente bañados
en luz infrarroja;
si pudiéramos someterla
a nuestra voluntad,
podríamos cambiar profundamente
los flujos de calor y energía
que impregnan
nuestro entorno todos los días.
Esta habilidad, junto con
la fría oscuridad del espacio,
nos señala un futuro en el que nosotros,
como civilización,
podríamos administrar nuestra huella de
energía térmica de más inteligentemente
en las escalas más grandes.
Para enfrentar el cambio climático,
creo que esta habilidad
en nuestro kit de herramientas
demostrará ser esencial.
Entonces, la próxima vez
que estén caminando afuera,
sí, maravíllense de cómo el sol es
esencial para la vida misma en la Tierra,
pero no olviden que el resto del cielo
también tiene algo que ofrecernos.
Gracias.
(Aplausos)
وقتی بچه بودم هر تابستان،
از خانهمان در کانادا،
برای دیدن پدر و مادر بزرگم،
به سمت بمبئی در هند پرواز می کردم.
تابستان های کانادا در بهترین شرایط،
نسبتا معتدل هست
حدود ۲۲ درجه سلسیوس
یا ۷۲ درجه فارانهایت
دمای یک روز تابستانی معمول
و نه چندان گرم است.
بمبئی در عوض،
گرم و مرطوب است،
۳۰ درجه سلسیوس
یا ۹۰ درجه فارنهایت
تا میرسیدم آن جا، میپرسیدم،
«چه طور میشود کسی در این هوا
زندگی و کار کند یا بخوابد؟»
برای این که شرایط برتر شود، پدربزرگ
و مادربزرگم دستگاه تهویه مطبوع نداشتند
و حتی وقتی که خیلی تلاش میکردم،
هیچ وقت نمیتوانستم آنها را
راضی کنم که یکی بخرند.
ولی امروزه اوضاع به سرعت در حال تغییر است.
سیستم های سرمایشی به طور کلی ۱۷ درصد
مصرف برق را در دنیا
به خود اختصاص داده اند.
که همه چیز را شامل میشود،
از دستگاه تهویه مطبوع گرفته
که چه عاجزانه
در تعطیلات تابستان میخواستم،
تا یخچالها، که غذا را برایمان در مغازه
تازه و خنک نگه میدارند.
تا در مقیاس سیستم های صنعتی، که
سرورهای اطلاعاتی ما را سرپا نگه میدارند.
به طور کلی، همه این سیستمها روی هم ۸ درصد
گازهای گلخانه را منتشر میکنند.
ولی چیزی که باعث میشود شبها بیدار بمانم
این است که مصرف انرژی سرمایشی، ممکن است
تا سال ۲۰۵۰ تا ۶ برابر افزایش بیابد،
بیشتر به خاطر افزایش استفاده آن
در کشورهای آسیایی و آفریقایی.
که به نظرم موضوع قابل توجهی است.
تقریبا همه آپارتمانهای
اطراف خانه مادر بزرگم،
در حال حاضر تهویه مطبوع دارند.
و این به ناچار، نکته مثبتی است
برای سلامتی، راحتی و بهرهوری بهتر مردمی
که در اقلیمهای گرمتر زندگی میکنند.
البته یکی از زنگخطرهای تغییرات اقلیمی
این است که هرچه زمین گرمتر شود،
بیشتر به وسایل سرمایشی،
نیاز پیدا خواهیم کرد --
دستگاههای که خود تولید کنندگان بزرگ
گازهای گلخانهای محسوب میشوند.
این خود میتواند باعث ایجاد
یک چرخه بازخوردی شود،
که سیستمهای سرمایشی به تنهایی
میتوانند یکی از منابع بزرگ تولید
گازهای گلخانهای
در قرن حاضر شوند.
در بد ترین حالت،
شاید بیش از ۱۰ تریلیون کیلووات ساعت در سال
فقط برای سرمایش، تا سال ۲۱۰۰
به الکتریسیته نیاز داشته باشیم.
که نصف، برق مورد استفاده فعلی است،
که فقط برای سرمایش استفاده شود.
ولی این خودش میتواند
فرصت بینظیری ایجاد کند.
۱۰ تا ۲۰ درصد افزایش بازده
در دستگاههای سرمایشی معمول
میتواند تاثیر بسزایی
در کاهش انتشار گازهای گلخانهای
چه امروز چه در قرن پیش رو داشته باشد.
که میتواند چرخه بازگشت را،
در آن بدترین حالت، تعدیل کند.
من یک دانشمند هستم که بسیار در زمینه
نور و گرما فکر می کنم.
مشخصا این که مواد جدید
چه طور این اجازه را به ما میدهند
که جریان این عناصر
پایه طبیعت را تغییر دهیم
به روشی که زمانی
به نظرمان غیر ممکن میآمد.
با وجود این که همیشه
ارزش سرمایش را میدانستم،
طی تعطیلات تابستانم،
وقتی داشتم روی موضوعی
کار میکردم واقعا گیج شدم
مسئله عجیبی که
حدود ۶ سال پیش به آن برخوردم.
این که چه طور مردم باستان میتوانستند
در آبوهوای کویری یخ درست کنند؟
این تصویری از یک یخدان است
که به آن یخچال نیز میگویند
و در جنوب غرب ایران واقع شده است.
از این سازههای تخریب شده
در ایران بسیار زیاد هست
و شواهدی بر وجود ساختمانهایی
مشابه در آسیای میانه،
و حتی در چین وجود دارد.
مردمی که این یخدانها را،
قرنها پیش ابداع کردند
آب را در این حوضها،
در ساعات اولیه روز
در زمان طلوع خورشید میریختند.
و بعد، اتفاقی جالب می افتاد.
حتی، اگر چه ممکن بود،
دمای هوا بالای صفر درجه باشد،
مثلا ۵ درجه سلسیوس
یا ۴۱ درجه فارنهایت،
آب یخ میبست.
یخ تولید شده بعدا
در ساعات اولیه صبح جمع آوری
و در ساختمانی که
در سمت راست میبینید،
طی کل ماههای تابستان، انباشته میشد.
فکر کنم عملکری
بسیار شبیه به این را دیدهاید.
اگر تا به حال تشکیل شدن شبنم یخزده
در یک شب صاف دقت کرده باشید،
حتی وقتی که دمای هوا بالای
نقطه انجماد باشد،این اتفاق میافتد.
ولی صبر کنید.
چه طور آب در دمایی بالاتر
از دمای انجماد یخ ببندد؟
تبخیر میتواند بسیار تاثیرگذار باشد،
ولی این به تنهایی
برای این که آب یخ بزند کافی نیست.
چیز دیگری باید آن را خنک تر کرده باشد.
کیکی را تصور کنید
که لبه پنجره در حال خنک شدن است.
برای این که بتواند سرد شود باید بتواند
گرمای خود را به جایی خنکتر منتقل کند.
مثلا، هوایی که آن را احاطه کرده.
آن طور که غیر ممکن به نظر میرسد،
گرمای آن استخر آب باید
به فضا منتقل شود.
چه طور ممکن است؟
خب، آن حوض آب
مانند خیلی از مواد طبیعی
گرمای خود را به صورت نور متصاعد میکند.
این مفهومی شناخته شده
به نام تشعشع حرارتی است.
در واقع، هم اکنون، ما گرمای خود را
به صورت نور فروسرخ،
به یکدیگر و اطرافمان منتشر میکنیم.
میتوانیم حرارت را با،
دوربینهای حرارتی آشکار کنیم
و تصویری که تولید میکند مانند
تصویری است که در حال حاضر نشان میدهم
پس حوض آب دارد گرمای خود را
به سمت اتمسفر میفرستد.
اتمسفر و مولوکولهای تشکیل دهنده آن
مقداری از آن گرما را جذب
و بقیه را بازتاب می کنند.
که درواقع همان اثر گلخانهای است
که دلیل تغییر اقلیم شده.
نکته اصلی که باید درک کنیم این است که
اتمسفر ما تمام گرما را جذب نمیکند.
اگر این طور بود، کره زمین خیلی
از چیزی که هست گرمتر میشد.
در واقع، در طول موجهای مشخص،
بین ۸ تا ۱۳ میکرون،
اتمسفر ما دارای قابلیتی
به نام پنجره انتقال است.
این پنجره اجازه میدهد که قسمتی از حرارت
که به صورت نور فروسرخ بالا میرود،
به صورت قابل توجهی از
جو خارج شود و حرارت حوض را
به فضایی بسیار خنکتر منتقل کند.
سرمای لایه فوقانی اتمسفر،
تا فضای بیرون از جو،
که میتواند تا ۲۷۰- درجه سلسیوس سرد باشد
یا ۴۵۴- درجه فارنهایت.
پس آن حوض آب میتواند مقدار
گرمای بیشتری را به آسمان انتقال دهد
تا مقداری که بخواهد از آسمان جذب کند.
و به این خاطر،
حوضچه پایینتراز دمای محیطش خنک میشود.
دلیلش پدیدهای به نام سرمایش شبانه
یا سرمایش تابشی است.
که همیشه برای اقلیمشناسان و هواشناسان
پدیده مهمی در طبیعت به شمار میرود.
وقتی به این نتایج رسیدم،
در مرحله نهایی مقطع دکترا
در استنفورد بودم.
بسیار از ساز و کار ساده ولی درعین حال
پیچیده آن به عنوان راهکار خنک کننده
به وجد آمده بودم،
پس چرا ما از آن استفاده نمیکنیم؟
دانشمندان و مهندسان
جوانب این ایده را،
در دهههای پیش بررسی کردهاند.
ولی انگار حداقل یک مشکل اساسی وجود داشت.
پدیدهای به نام سرمایش شبانه
بیدلیل نامگذاری نشده.
چرا؟
فقط به خاطر یک چیز کوچک،
به نام حورشید.
پس سطحی که
کار سرد کردن را برعهده دارد،
باید به سمت آسمان باشد.
طی اواسط روز،
که ممکن است بیش از پیش
به چیز خنکی نیاز پیدا کنیم
بدبختانه خورشید به ما
چنین اجازهای نمیدهد.
خورشید دمای بیشتر
مواد را افزایش میدهد
به طوری که اثر سرمایش شبانه را
خنثی و بیاثر میکند.
من و همکارانم زمان زیادی را صرف کردهایم،
که چه طور میتوانیم موادی بسازیم که
در مقیاسهای بسیار کوچک
که بتوانند کارهای جدید و
به درد بخوری با نور خورشید انجام بدهند.
ابعادی کوچکتر از طول موج نور،
با فهمی که در زمینه
نانو فوتونیک یا متامتریالها
به دست آوردیم،
متوجه شدیدم که ممکن است راهی برای این که
در طول روز سرمایش اتفاق بیفتد باشد.
برای اولین بار.
برای این کار من یک ماده نوری
چند لایه طراحی کردم
- در این تصویر میکروسکوپی
به نمایش گذاشته شده-
که ۴۰ برابر نازکتر
از یک تار موی انسان است.
که میتواند دو کار را
بهطور همزمان انجام بدهد.
اولا گرما را به بیرون انتقال میدهد
مشخصا اگر حرارت را جایی خارج از
اتمسفر رها کند برای ما بهتراست.
هدف ما پنجره انتقال بود.
دومین کاری که میکند این است که
توسط خورشید گرمتر نمیشود.
آیینه خوبی در مقابل نور خورشید است.
اولین باری که آن را آزمایش کردم
روی پشت بام استنفورد بود
که در اینجا میبیند.
دستگاه را مدت زمانی بیرون گذاشتم،
بعد از چند دقیقه به سراغش رفتم،
بعد از چند لحظه متوجه شدم که کار میکند.
چه طور فهمیدم؟
به آن دست زدم و حس کردم سرد است.
(تشویق)
فقط برای تاکید برعملکرد عجیب
وغیر معمول این مواد باید بگویم:
این ماده و مواد شبیه به آن،
وقتی آنها را از زیر سایه
بردارند خنکتر میشوند.
با وجود اینکه خورشید بر آن میتابد.
من دارم به شما از اولین
آزمایشمان، دادههایی نشان میدهم.
که دمای ماده ۵ درجه سلسیوس
یا ۹ درجه فارنهایت
سردتر از دمای هوا ثابت میماند.
حتی وقتی آفتاب به صورت مستقیم
بر آن میتابد.
شیوه ساختی که برای این ماده استفاده کردیم،
در حال حاضر در مقیاس وسیع وجود دارد.
خیلی هیجانزده بودم،
به این خاطر که نه تنها
میتوانیم چیزی را خنک کنیم،
بلکه ممکن است این امکان باشد که بتوانیم
از آن به صورت کاربردی استفاده کنیم.
که برای من سوال اصلی دوم را ایجاد میکرد.
واقعا چه طور میتوان با این
مصالح در انرژی صرفهجویی کرد؟
ما اعتقاد داریم مشخصترین راه برای
استفاده از این فناوری در صرفهجویی انرژی
بهینه کردن
سیستمهای تهویه مطبوع و یخچالهاست.
به این منظور صفحههای خنک کننده
مانند این که میبینید ساختیم.
این صفحهها شکلی شبیه به
آبگرمکنهای خورشیدی دارند،
منتها برعکس عمل میکنند،
به صورت منفعلانه آب را خنک میکنند،
با استفاده از مواد خاصی که ما ساختهایم.
این پنل ها میتوانند
با اجزای دیگر ترکیب شود
تقریبا هر دستگاه خنک کنندهای
قسمتی به نام کندانسور دارد.
برای این که بتواند
بازده سیستم را افزایش دهد.
استارت آپ ما، به نام سیستم خنکای آسمان،
آزمایشی را اخیرا،
در دیویس کالیفرنیا انجام داده.
در آن آزمایش
ما ثابت کردهایم که میتوانیم
بهرهوری سیستم خنککننده را
تا ۱۲ درصد افزایش بدهیم.
طی یکی دو سال آینده،
من خیلی مشتاقم که اولین
خروجی را در مقیاس بازار ببینم.
در زمینه تهویه مطبوع و هم یخچال.
در آینده ممکن است،
بتوانیم این نوع پنلها را با
سیستم های سرمایشی با بازدهی بالا
در ساختمانها ترکیب کنیم،
تا بتوانیم مصرف انرژی را
تا دو سوم کاهش بدهیم.
و در نهایت ممکن است بتوانیم
یک سیستم سرمایشی بسازیم
که اصلا به برق نیاز نداشته باشد.
به عنوان اولین قدم،
من و همکارانم در استنفورد
نشان دادهایم که میتوانیم،
چیزی بیشتر از ۴۲ درجه سلسیوس
پایینتر از دمای هوا،
با مهندسی کاراتر ایجاد کرد.
ممنونم.
(تشویق)
پس تصور کنید،
چیزی که دمایش در یک روز
گرم تابستانی زیر نقطه انجماد باشد،
همچنان که من از کارهایی که میتوانیم،
برای تولید سرما انجام دهیم هیجانزدهام،
به نظرم کارهای زیادی هست
که میتوان انجام داد،
به عنوان یک دانشمند،
به یک قابلیت کلیتر توجه دارم
که به نظرم کار ما به آن اهمیت میدهد.
میتوانیم از سرمای این فضای تاریک،
برای بالا بردن بازده
هر چیزی که بر روی زمین
به انرژی مربوط است، استفاده کنیم.
یکی از موضوعات،که مایلم به آن اشاره کنم،
سلولهای خورشیدی هستند.
آنها زیر آفتاب گرم میشوند
و هر چه گرمتر میشوند
راندمانشان پایینتر میآید.
در ۲۰۱۵ ما نشان دادیم
با میکروساختارهای مشخصی
که روی سلولها پیادهسازی شدهاند،
میتوانم نتیجه بهتری
با تاثیر سرمایشی آنها بگیریم
که میتواند به صورت ایستا سلولهای
خورشیدی را، در دمای پایین تری نگه دارد.
و به سلول ها این امکان را میدهد
که بهترعمل کند.
ما داریم امکان استفاده از
این قابلیت را بررسی میکنیم.
از خودمان میپرسیم که
آیا سرمای فضا میتواند،
ما را در مدیریت آب کمک کند.
یا با روشهای که به برق نیاز نداشته باشیم.
شاید اصلا بتوانبم بهطور مستقیم
از این سرما برق تولید کنیم.
یک تفاوت دمایی بزرگی بین ما و
سرمای فضا وجود دارد.
این تفاوت، حداقل درحد نظریه
میتواند چیزی به نام
موتور حرارتی ایجاد کند
که برق تولید کند.
آیا میتوانیم یک ژنراتور شبانه درست کنیم،
که بتواند مقادیری برق تولید کند
زمانی که سلول های خورشیدی کار نمیکنند؟
آیا میتوانیم از تاریکی، نور تولید کنیم؟
برای دستیابی به این قابلیت باید بتوانیم،
تابش حرارتی که اطرافمان هست
را مدیریت کنیم.
ما همواره با نور فروسرخ شسته میشویم؛
اگر میتوانستیم از آن در
راستای نیازمان استفاده کنیم،
ممکن است به طور چشمگیری
جریان انرژی و حرارت را
که روزانه در اطراف ما وجود دارد عوض کنیم.
این قابلیت همراه سرمای تاریک فضا،
آیندهای را نشان میدهد،
که ما به عنوان یک تمدن
ممکن است بتوانیم رد پای انرژی حرارتی
خود را هوشمندانهتر مدیریت کنیم
در بزرگترین مقیاسها.
در راستای مقابله ما با تغییرات اقلیمی،
من باور دارم که استفاده از این قابلیت،
ثابت شده که ضروری است.
پس دفعه بعد که بیرون چرخی میزنید،
بله، از این که وجود خورشید برای حیات زمین
چه قدر ضرروری است به وجد بیایید،
فقط فراموش نکنید بقیه آسمان
هم چیزی برای گفتن دارد.
ممنونم.
(تشویق)
Chaque été, quand j'étais enfant,
je partais de chez moi au Canada
pour visiter mes grands-parents,
qui vivaient à Bombay en Inde.
Au mieux, les étés canadiens sont doux,
environ 22° Celsius ou 72 °F
pour une journée d'été normale,
et pas très chauds.
Par contre, Bombay est
un endroit chaud et humide,
il y fait bien 30 °C ou 90 °F.
Dès mon arrivée, je me disais :
« Comment peut-on vivre, travailler
ou dormir dans un tel climat ? »
Pour empirer les choses,
mes grands-parents n'avaient pas la clim.
J'ai vraiment fait tout mon possible,
mais je n'ai jamais réussi
à les persuader de s'en procurer.
Pourtant, c'est en train
de changer rapidement.
L'ensemble des systèmes de
refroidissement représentent 17 %
de l’électricité consommée
dans le monde entier.
Cela inclut tout, depuis la climatisation
que je désirais désespérément
pendant mes vacances d’été,
aux systèmes de réfrigération pour
garder nos aliments à l'abri et froids,
dans nos supermarchés,
et aux systèmes industriels qui gardent
opérationnels nos centres de données.
Tous ensemble,
ces systèmes représentent 8%
des émissions mondiales
de gaz à effet de serre.
Mais ce qui m'empêche de dormir,
c'est que l’énergie dédiée à climatiser
pourrait sextupler d’ici à 2050,
principalement en raison d'une utilisation
croissante en Asie et en Afrique.
J’en ai été témoin.
Presque chaque logement
autour de chez ma grand-mère
est maintenant équipé d’un climatiseur.
Et c'est, sans aucun doute,
une bonne chose
pour la santé, le bien-être
et la productivité
des gens qui vivent
dans des endroits chauds.
Mais l’une des choses les plus alarmantes
concernant le changement climatique,
c'est que plus notre planète se réchauffe,
plus nous aurons besoin
de systèmes de climatisation –
qui eux-mêmes émettent
beaucoup de gaz à effet de serre.
Cela risque alors de provoquer
une boucle de rétroaction,
si ces systèmes à eux seuls
deviennent l'une des plus grandes
sources de gaz à effet de serre
au cours de ce siècle.
Dans le pire des cas,
nous pourrions avoir besoin de plus de
10 milliards de kWh d’électricité par an,
juste pour la climatisation, d’ici 2100.
C’est la moitié de notre alimentation
en électricité aujourd'hui.
Juste pour la climatisation.
Mais cela nous laisse aussi entrevoir
une opportunité extraordinaire.
Une amélioration de 10 ou 20 % de
l’efficacité des système de climatisation
peut avoir un impact énorme
sur nos émissions de gaz à effet de serre,
à la fois aujourd'hui
et au cours de ce siècle.
Et cela peut nous aider à éviter
le pire scénario de boucle de rétroaction.
Je suis un scientifique qui réfléchit
beaucoup à la lumière et à la chaleur.
Notamment comment les nouveaux matériaux
nous permettent de modifier le flux
de ces éléments basiques de la nature
d'une manière que nous aurions
pu croire impossible autrefois.
Même si j'ai toujours saisi
la valeur de la climatisation
pendant mes vacances d'été,
j'ai fini par travailler sur ce problème
à cause d'un casse-tête intellectuel
que j'ai découvert il y a six ans.
Comment les peuples anciens fabriquaient
de la glace dans des climats désertiques ?
Voici une photo d'une glacière,
également appelée « yakhchal »,
située au sud-est de l'Iran.
Il y a des vestiges de dizaines
de ces constructions dans tout l'Iran
et des preuves de leur existence
dans le reste du Moyen-Orient
et jusqu'en Chine.
Les gens qui ont exploité
ces glacières il y a des siècles
versaient l'eau dans le bassin
que l'on voit à gauche
en début de soirée, au coucher du soleil.
Puis, une chose incroyable se produisait.
Même si la température
dépassait le point de congélation,
disons 5 °C ou 41 °F,
l'eau gelait.
La glace était alors récupérée
au petit matin
et stockée dans le bâtiment
que vous voyez à droite,
pendant tous les mois d'été.
Vous avez probablement déjà vu
quelque chose de semblable
si vous avez remarqué la formation
de givre sur le sol par une nuit claire,
même quand la température dépasse
le point de congélation.
Mais, attendez.
Comment l'eau peut geler si la température
dépasse le point de congélation ?
L'évaporation aurait pu y jouer un rôle,
mais ce n'est pas suffisant
pour que l'eau se transforme en glace
Quelque chose d'autre doit la refroidir.
Imaginez une tarte qui refroidit
sur le rebord d'une fenêtre.
Pour qu'elle refroidisse, sa chaleur
doit partir dans un endroit plus frais.
À savoir, l'air qui l'entoure.
Aussi peu crédible
que cela puisse paraître,
pour ce bassin, la chaleur de l'eau
s'évacue dans le froid de l'espace.
Comment est-ce possible ?
Ce bassin d'eau, comme la plupart
des matières naturelles,
évacue sa chaleur sous forme de lumière.
C'est un concept appelé
« rayonnement thermique ».
En ce moment, nous envoyons tous
notre chaleur sous forme d'infrarouge,
les uns aux autres et à notre entourage.
On peut le voir
grâce aux caméras thermiques
et les images qu'elles produisent
comme celles que je vous montre ici.
Ce bassin d'eau évacue sa chaleur
vers le haut de l'atmosphère.
L'atmosphère et ses molécules
absorbent une partie
de cette chaleur et la renvoient.
C'est l'effet de serre responsable
du changement climatique.
Voici toutefois le point
essentiel à comprendre.
Notre atmosphère n'absorbe pas
toute cette chaleur.
Si c'était le cas, nous vivrions
sur une planète plus chaude.
À certaines longueurs d'ondes,
en particulier entre huit
et treize microns,
notre atmosphère connaît un phénomène
nommé « fenêtre atmosphérique ».
Elle laisse une partie de la chaleur
s'élever sous forme d'infrarouge
pour s'évacuer de fait,
en entraînant la chaleur du bassin.
Elle peut ainsi s'évacuer
dans un lieu bien plus frais.
Le froid dans la haute atmosphère
et jusqu'à l'espace,
peut atteindre une température de -270 °C
ou de -454 °F.
Alors, ce bassin d'eau peut envoyer
plus de chaleur vers le ciel
que l'inverse.
Et grâce à cela,
le bassin va se refroidir
en dessous de la température ambiante.
C'est l'effet connu sous le nom
de « refroidissement nocturne »
ou « refroidissement radiatif ».
Et il a toujours été considéré
par les climatologues et les météorologues
comme un phénomène naturel très important.
Quand je suis tombé sur tout ça,
c'était la fin de mon doctorat à Stanford.
Et j'ai été stupéfait par sa simplicité
comme méthode de refroidissement,
bien que très perplexe.
Pourquoi n'utilise-t-on pas cela ?
Les scientifiques et les ingénieurs
ont étudié cette idée
ces dernières années.
Mais il s'est avéré qu'il y avait
au moins un gros problème.
Il y a une raison pour laquelle
on l'appelle « refroidissement nocturne ».
Pourquoi ?
C'est pour une petite raison
appelée le soleil.
La surface qui refroidit
a besoin d'être située face au ciel.
Et au beau milieu de la journée,
quand on aura peut être le plus besoin
de quelque chose de froid,
malheureusement, cela signifie
lever la tête vers le soleil.
Et il chauffe la plupart des matériaux
suffisamment pour contrer totalement
cet effet de refroidissement.
Mes collègues et moi
avons beaucoup réfléchi
à comment structurer des matériaux
à de très petites échelles
pour accomplir des choses
nouvelles et utiles avec la lumière –
des échelles plus petites
que sa longueur d'onde elle-même.
À partir des idées de ce domaine,
appelé recherche nanophotonique
ou métamatériaux,
nous avons découvert un moyen
d'y arriver en journée
pour la première fois.
Pour ce faire, j'ai conçu
un matériau optique multicouche
montré ici sur une image microscopique.
C'est 40 fois plus fin
qu'un cheveu humain classique.
Et il est capable de faire
deux choses simultanément.
Premièrement, il envoie sa chaleur
précisément là où notre atmosphère
laisse le mieux évacuer cette chaleur.
Nous avons orienté
la fenêtre vers l'espace.
Deuxièmement, le soleil ne le chauffe pas.
C'est un très bon miroir
pour la lumière du soleil
J'ai fait le premier test
sur un toit à Stanford,
c'est ce que vous voyez ici.
J'ai laissé l'appareil dehors
pendant un petit moment,
j'y suis retourné après quelques minutes
et, en quelques secondes,
j'ai su que ça fonctionnait.
Comment ?
Je l'ai touché et c'était froid.
(Applaudissements)
Juste pour souligner
comme c'est étrange et paradoxal :
ce matériau et d'autres similaires
refroidissent quand
on les sort de l'ombre,
même si le soleil brille sur eux.
Voici les données de
notre toute première expérience,
où ce matériau est resté à plus de 5 °C,
ou 9 °F, plus froid
que la température ambiante,
même si le soleil
brillait directement dessus.
La méthode de fabrication utilisée
pour fabriquer ce matériau
existe déjà à grande échelle.
J'en étais très heureux,
car non seulement nous avions fabriqué
quelque chose de génial,
mais nous avions aussi l'occasion
de faire quelque chose de réel et utile.
Ce qui m'amène
à la prochaine grande question.
Comment peut-on économiser
l'énergie avec cette idée ?
Nous pensons que le moyen le plus direct
pour y arriver grâce à cette technologie
est d'augmenter l'efficacité
des systèmes actuels
de climatisation et de réfrigération.
Nous avons créé des panneaux
de refroidissement fluides
comme ceux montrés ici.
Ces panneaux ont la même forme
qu'un chauffe-eau solaire,
sauf qu'à l'inverse,
ils refroidissent l'eau, passivement,
en utilisant notre matériel spécialisé.
Ces panneaux sont alors
intégrés à un composant
inclus dans presque
chaque climatiseur, un condenseur,
pour améliorer l'efficacité
sous-jacente du système.
Notre start-up, SkyCool Systems,
a récemment mené un essai sur le terrain
à Davis, en Californie, visible ici.
Lors de cette expérience,
nous avons démontré
qu'on peut améliorer l'efficacité
de ce système de refroidissement
jusqu'à 12 % sur le terrain.
Dans un an ou deux ans,
il me tarde de voir
les premiers pilotes commercialisés
à la fois pour la climatisation
et la réfrigération spatiale.
À l'avenir, nous pourrons intégrer
ce type de panneaux
à des systèmes de refroidissement
de bâtiments plus efficaces
pour réduire de deux tiers
leur consommation d'énergie.
Et finalement, nous pourrons construire
un système de refroidissement
qui ne nécessite aucune
consommation d'électricité.
Dans un premier temps,
mes collègues à Stanford et moi
avons démontré que vous pouvez maintenir
quelque chose dépassant les 42 °C
en dessous de la température ambiante
grâce à une meilleur ingénierie.
Merci.
(Applaudissements)
Juste imaginez cela –
quelque chose sous le point de congélation
par une chaude journée d'été.
Bien que je sois très motivé par tout ce
qu'on peut faire pour le refroidissement –
et je pense qu'il reste
encore beaucoup à faire –
en tant que scientifique, je suis aussi
attiré par une plus grande opportunité
que ce travail va, je pense, dévoiler.
Nous pouvons utiliser
l'obscurité froide de l'espace
pour améliorer l'efficacité
de tous les phénomènes
liés à l'énergie ici sur terre.
L'un de ces phénomènes que je veux
souligner est les panneaux solaires.
Ils chauffent sous le soleil
et deviennent moins efficaces
à mesure qu'ils chauffent.
En 2015, nous avons montré
qu'avec ce type de microstructures
sur un panneau solaire,
on peut mieux tirer parti
de cet effet de refroidissement
pour maintenir le panneau solaire
à une température plus basse passivement.
Cela permet au panneau
de fonctionner plus efficacement.
Nous approfondissons
ce genre de possibilités.
Nous nous demandons si nous pouvons
utiliser le froid de l'espace
pour nous aider à économiser l'eau.
Ou peut-être grâce à
des scénarios hors réseau.
Peut-être pourrions-nous nous-mêmes créer
directement de l'énergie avec ce froid.
Il y a un grand écart de température
entre nous ici sur terre
et le froid de l'espace.
Cet écart, du moins
sur le plan conceptuel,
peut faire fonctionner un moteur thermique
pour générer de l'électricité.
Peut-on alors créer
un générateur d'énergie nocturne
qui produit des quantités
utiles d'électricité
si les panneaux solaires ne le font pas ?
Peut-on générer de la lumière
depuis les ténèbres ?
L'élément central pour y arriver,
c'est de pouvoir gérer
la radiation thermique qui nous entoure.
Nous sommes constamment baignés
par la lumière infrarouge.
Si nous arrivons
à la soumettre à notre volonté,
nous pourrions changer radicalement
les flux de chaleur et d'énergie
qui nous entourent tous les jours.
Cette possibilité, combinée
à l'obscurité froide de l'espace,
nous oriente vers un futur
où nous, en tant que civilisation,
pourrions gérer plus intelligemment
notre empreinte énergétique thermique
à de très grandes échelles.
Face au changement climatique,
je pense qu'avoir cette possibilité
dans notre boîte à outils
deviendra fondamental.
Alors, la prochaine fois
que vous vous promenerez dehors,
oui, émerveillez-vous du rôle vital
du soleil pour la vie sur Terre,
mais n'oubliez pas que le reste du ciel
a aussi quelque chose à nous offrir.
Merci.
(Applaudissements)
כל קיץ בזמן היותי ילד,
הייתי טס מביתי בקנדה
כדי לבקר את סבא וסבתא,
שגרו במומבאי, הודו.
הקיץ הקנדי הוא לא קיצוני,
22 מעלות הוא יום קיץ אופייני
ולא חם מדי.
מצד שני, מומבאי
הוא מקום חם ולח,
עמוק בתוך ה-30 מעלות.
ברגע שהייתי מגיע לשם,
הייתי שואל, "כיצד אפשר לחיות,
לעבוד ולישון באקלים כזה?"
ומה שיותר גרוע,
לסבים שלי לא היה מזגן.
ולמרות שניסיתי כמיטב יכולתי,
אף פעם לא הצלחתי
לשכנעם לקנות כזה.
אבל זה משתנה עכשיו, ומהר.
מערכות קירור היום
צורכות יחד 17 אחוז
מצריכת החשמל העולמית שלנו.
זה כולל הכל, מהמזגנים שרציתי נואשות
במהלך חופשות הקיץ שלי,
עד למערכות קירור ששומרות
על מזונינו ומקררות אותו
עבורינו במרכולים,
ועד למערכות בקרה תעשייתיות
השומרות על מרכזי המידע שלנו שמישים.
ביחד, המערכות הללו אחראיות ל-8 אחוז
מפליטת גזי החממה בעולם.
אבל מה שמשאיר אותי ער בלילה
היא העובדה שהשימוש שלנו באנרגיה
לשם קירור עלול לגדול פי-6 עד 2050,
בעיקר כתוצאה מהעלייה
בשימוש במדינות אסיה ואפריקה.
ראיתי זאת מכלי-ראשון.
כמעט בכל דירה באזור בית סביי
יש היום מזגן.
ואין ספק שזה דבר טוב
מבחינת הבריאות, הרווחה והפיריון בעבודה
של האנשים שחיים באקלים חם.
אבל, אחד הדברים הכי מטרידים
בקשר לשינויי אקלים הוא
שככל שהכוכב שלנו מתחמם יותר,
כך נצטרך יותר מערכות קירור --
מערכות שהן בעצמן
פולטות הרבה גזי-חממה.
יש לזה את הפוטנציאל
ליצור מעגל שמזין את עצמו,
בו מערכות הקירור לבד
עלולות להפוך לאחד המקורות העיקריים
של גזי-חממה
בהמשך המאה הנוכחית.
במקרה הכי גרוע,
אנו עשויים לצרוך יותר מ-10 טריליון
קילוואט-שעה חשמל בכל שנה,
רק בשביל הקירור, עד שנת 2100.
זוהי מחצית מאספקת החשמל שלנו היום.
אך ורק לקירור.
אבל זה גם מוביל
אותנו להזדמנות גדולה.
שיפור של 10 עד 20 אחוז
ביעילות של כל מערכת קירור
עשוי ליצור השפעה גדולה
על פליטות גזי-החממה,
היום, כמו גם בהמשך המאה הנוכחית.
וזה יכול לסייע לנו להימנע מהתרחיש הגרוע
של כניסה למעגל שמזין את עצמו.
אני מדען שחושב הרבה על אור וחום.
בפרט, כיצד חומרים חדשים
מאפשרים לנו לשנות את זרימת
האלמנטים הבסיסיים הללו של הטבע
בדרכים שפעם סברנו
שהן בלתי-אפשריות.
בעוד שתמיד הבנתי
את חשיבות הקירור
בזמן חופשות הקיץ שלי,
בסוף הגעתי לעבוד על הבעיה הזו
בגלל חידה מחשבתית
שנתקלתי בה לפני 6 שנים.
כיצד אנשים בעת העתיקה
הצליחו לייצר קרח במדבר?
זוהי תמונה של בית-קרח,
שנקרא גם יאחצ'ל,
שנמצא בדרום-מערב אירן.
ישנם עשרות שרידים של
מבנים כאלה ברחבי אירן,
עם עדויות למבנים דומים
ברחבי שאר מזרח-התיכון
עד לסין.
האנשים שהשתמשו בבית-קרח
זה לפני מאות רבות,
היו שופכים מים
לבריכה שרואים משמאל
בשעות הערב המוקדמות,
בזמן שקיעת השמש.
ואז קרה משהו מדהים.
למרות שטמפרטורת האויר
היתה מעל נקודת הקיפאון,
נאמר 5 מעלות,
המים היו קופאים.
הקרח שנוצר היה נאסף
בשעות הבוקר המוקדמות
ומאוחסן בבניין שרואים מימין,
לאורך כל חודשי הקיץ.
בעצם אתם הייתם רואים משהו
מאוד דומה לזה שמתרחש
אם שמתם לב פעם לכפור
שנוצר על הקרקע בלילה בהיר,
גם כאשר טמפרטורת האויר
היתה מעל נקודת הקיפאון.
אבל רגע אחד.
כיצד המים קפאו אם טמפרטורת
האויר היא מעל נקודת הקיפאון?
לאידוי עשוי היה להיות חלק בזה,
אבל זה לא מספיק לגרום
למים להפוך לקרח.
משהו אחר חייב היה לקרר אותם.
תדמיינו עוגה שמתקררת על אדן חלון.
כדי שהיא תוכל להתקרר, החום צריך
לזרום למקום שהוא יותר קר.
כלומר, לאויר שמקיף אותו.
כמה שזה נשמע לא סביר,
באותה בריכת מים, החום למעשה
זורם לקור של החלל.
כיצד זה אפשרי?
ובכן, בריכת המים,
כמו כל החומרים הרגילים,
שולחת את החום שלה בצורת אור.
תהליך זה ידוע בתור קרינה תרמית.
למעשה, כולנו שולחים את חומנו
כאור אינפרא-אדום ממש עכשיו,
מאחד לשני ולסביבתינו.
אנו יכולים ממש לראות זאת
באמצעות מצלמות תרמיות
והתמונות שהן
מייצרות כמו זו שלפניכם.
כך שבריכת המים שולחת את חומה
למעלה אל עבר האטמוספירה.
האטמוספירה והמולקולות שלה
סופגות חלק מהחום
ומחזירות אותו ארצה.
זהו למעשה אפקט החממה
שאחראי לשינויי האקלים.
אבל יש דבר שחשוב להבינו.
האטמוספירה אינה סופגת את כל החום.
אם היא היתה עושה זאת, הכוכב שלנו
היה הרבה יותר חם.
באורכי-גל מסויימים,
במיוחד בין 8 ו-13 מיקרון,
יש באטמוספירה שלנו
מה שידוע כחלון מעבר.
חלון זה מאפשר לחלק מהחום
שנפלט בצורת אור אינפרא-אדום
להימלט ולשאת איתו את חום הבריכה.
והוא יכול להימלט למקום
שהוא הרבה, הרבה יותר קר.
הקור של האטמוספירה העליונה
וכל הדרך החוצה לחלל החיצון,
שיכול להיות קר עד מינוס 270 מעלות צלזיוס.
לכן אותה בריכת המים מסוגלת
לשלוח יותר חום לשמיים
ממה שהשמיים שולחים אליה בחזרה.
ובגלל זה,
הבריכה תתקרר אל מתחת
לטמפרטורת הסביבה שלה.
זהו אפקט הידוע כקירור שמי-לילה
או קירור-קרינה.
והוא תמיד נתפס אצל
מדעני אקלים וחזאים
כתופעה טבעית מאוד חשובה.
כאשר נתקלתי בכל זה,
היה זה לקראת סיום
הדוקטורט שלי בסטנפורד.
ונדהמתי מהפשטות
לכאורה של שיטת הקירור,
אבל גם הייתי נבוך.
מדוע אנו לא משתמשים בזה?
מדענים ומהנדסים התעמקו ברעיון זה
בעשורים האחרונים.
אבל התברר שיש לפחות
בעיה אחת גדולה.
קוראים לזה קירור שמי-לילה
בגלל סיבה טובה.
מדוע?
בגלל הדבר הקטן הזה שנקרא השמש.
המשטח שדרכו מתבצע הקירור,
חייב להיות מופנה לשמיים.
ובמהלך אמצע היום,
כאשר יש לנו הצורך
הכי גדול למשהו קר,
לרוע המזל, המשטח פונה אל שמש.
והשמש מחממת את רוב החומרים
מספיק חזק כדי לבטל
לגמרי את אפקט הקירור.
עמיתיי ואני בילינו זמן רב
במחשיבה כיצד ניתן לבנות חומרים
במימדי אורך מאוד קטנים
כך שיוכלו לבצע דברים
חדשים ושימושיים עם האור --
מימדי אורך קטנים
מאורכי-הגל של האור עצמו.
תוך שימוש בתובנות מהתחום
הידוע בתור ננו-פוטוניקה
או מחקר במטא-חומרים,
גילינו שעשויה להיות דרך
שתאפשר להשיג זאת במהלך היום
בפעם הראשונה.
כדי לבצע זאת, תכננתי
חומר אופטי רב-שכבתי
המוצג כאן בתמונת מיקרוסקופ.
הוא דק יותר פי-40 משיער אדם.
והוא מסוגל לבצע שני דברים בו-זמנית.
תחילה, הוא שולח חום החוצה
בדיוק היכן שהאטמוספירה
מאפשרת לחום לצאת הכי ביעילות.
כיווננו אותו אל החלון לחלל.
הדבר השני שהוא עושה זה
להימנע מלהתחמם בשמש.
הוא מהווה מראה מצויינת לאור-שמש.
בפעם הראשונה שניסיתי
את זה היה על גג בסטנפורד
שאני מראה לכם כאן.
השארתי את ההתקן בחוץ לזמן מה,
וכאשר ניגשתי אליו לאחר כמה דקות,
בתוך שניות ידעתי שזה עובד.
כיצד?
נגעתי בו והרגשתי שהוא קר.
(מחיאות כפיים)
רק כדי להדגיש עד כמה זה
מוזר ומנוגד לאינטואיציה:
חומר זה ודומיו
יתקררו יותר כאשר נוציא אותם מהמחסה,
אפילו אם השמש זורחת עליהם.
אני מציג לכם כאן נתונים
מהניסוי הראשון שלנו,
שבו החומר נשאר בטמפרטורה של
5 מעלות צלזיוס
יותר קר מטמפרטורת האויר,
למרות שהשמש זרחה עליו ישירות.
שיטת הייצור בה השתמשנו
כדי לייצר חומר זה
כבר קיימת בתפוצה נרחבת.
וזה ממש ריגש אותי,
כי לא רק שאנו עושים משהו מיוחד,
אלא ייתכן ותהיה לנו ההזדמנות לעשות
משהו מעשי ולהפוך את זה למועיל.
וזה מוליך אותי לשאלה הגדולה הבאה.
כיצד בעצם חוסכים אנרגיה ברעיון הזה?
אנו מאמינים שהדרך הקצרה ביותר
לחסוך אנרגיה עם הטכנולוגיה הזו
היא בתור מגביר-יעילות
של מערכות המיזוג והקירור שכבר קיימות.
כדי לעשות זאת, בנינו לוחות קירור לנוזל,
כמו אלו שרואים כאן.
ללוחות הללו יש צורה דומה
למחממי מים סולריים,
אלא שהם עושים את ההיפך -
הם מקררים את המים, באופן פסיבי,
תוך שימוש בחומר המיוחד שלנו.
הלוחות הללו יכולים להשתלב עם רכיב
שנמצא כמעט בכל
מערכת קירור, הנקרא מעבה,
כדי לשפר את יעילות המערכת.
הסטארט-אפ שלנו, SkyCool Systems,
השלים לאחרונה ניסוי-שטח בדייויס,
קליפורניה, והוא מוצג כאן.
בהדגמה הזו,
הראנו שאנו יכולים לשפר את היעילות
של אותה מערכת קירור
בשטח עד כדי 12 אחוז.
בשנה-שנתיים הקרובות,
אני מצפה בהתרגשות לראות
את זה עובר לניסויים מסחריים
בתחומי מיזוג האוויר והקירור כאחד.
בעתיד, ייתכן ונוכל לשלב לוחות כאלה
עם מערכות יותר יעילות לקירור בניינים
כדי לצמצם את צריכת
האנרגיה שלהן בשני-שלישים.
ולבסוף, אולי נוכל לבנות מערכת קירור
שאינה נזקקת כלל לאספקת חשמל.
כצעד ראשון בכיוון הזה,
עמיתיי בסטנפורד ואני
הראינו שניתן לשמור על חומר
משהו בטמפרטורה של יותר מ-42 מעלות צלזויס
מתחת לטמפרטורת האויר
עם תכנון הנדסי משופר.
תודה.
(מחיאות כפיים)
רק תדמיינו -
משהו שהוא מתחת
לנקודת הקיפאון ביום קיץ חם.
בעוד שאני נלהב ממה
שניתן לשפר בטכנולוגיות הקירור,
ואני סבור שאכן יש הרבה שניתן לעשות,
בתור מדען אני נמשך גם
לאפשרות מעמיקה יותר
שאני מאמין שעבודה זו מצביעה עליה.
אנו יכולים לנצל את
האפילה הקרה של החלל
לשיפור היעילות
של כל תהליך בעולם הקשור באנרגיה.
אחד התהליכים הללו
הם התאים הסולריים.
הם מתחממים בשמש
ויעילותם יורדת ככל שהם מתחממים.
ב-2015, הראינו שעם
מיקרו-מבנים מלאכותיים
בראש תא סולרי,
ניתן לנצל יותר טוב
את אפקט הקירור הזה
כדי לשמור תא סולרי
בטמפרטורה נמוכה יותר.
זה מאפשר לתא לפעול יותר ביעילות.
אנו מתעמקים יותר באפשרויות כאלה.
אנו מתעניינים אם ניתן
לנצל את קור החלל
שיסייע לנו בשימור מים,
או אולי לנצלו לאזורים מבודדים.
אולי אפילו נוכל לייצר
חשמל ישירות מהקור הזה.
יש הפרש טמפרטורות גדול בין כאן
לבין החלל הקר.
ההפרש, לפחות עקרונית,
יכול לשמש להנעת משהו הקרוי מנוע חום
כדי לייצר חשמל.
האם נוכל אז לבנות
התקן לייצור חשמל בלילה
שמייצר חשמל בכמויות משמעותיות
כאשר תאים סולריים אינם פועלים?
האם נוכל לייצר אור מחושך?
תנאי מרכזי ליכולת זו
היא להיות מסוגלים לשלוט
בקרינה התרמית שאופפת אותנו.
אנו טבולים קבוע באור אינפרא-אדום;
אם נוכל להכפיף אותו לרצוננו,
נוכל לשנות באופן יסודי
את זרמי החום והאנרגיה
שמפעפעים סביבנו בכל יום.
יכולת זו, עם האפילה הקרה של החלל,
מכוונת אותנו אל עתיד
בו אנחנו, כציוויליזציה,
נוכל אולי לשלוט באופן יותר מושכל
בפרופיל האנרגיה התרמית שלנו
במימדים הכי גדולים.
בעודנו מתמודדים עם שינויי אקלים,
אני מאמין שהימצאות
יכולת זו בארגז הכלים שלנו
תוכח כחיונית.
אז, בפעם הבאה שאתם מטיילים בחוץ,
אכן ראוי להשתאות על כמה שהשמש
חיונית לחיים עצמם על כדור-הארץ,
אבל לא לשכוח שגם לשאר השמיים
יש מה להציע לנו.
תודה.
(מחיאות כפיים)
Siheder koromban nyaranta
Kanadából haza-hazalátogattam
az indiai Mumbaiban élő nagyszüleimhez.
A kanadai nyarak elég kellemesen enyhék,
a hőmérséklet kb. 22 °C
nyáron napközben; nem túl meleg.
Viszont Mumbai forró és nedves hely,
jócskán 30 °C feletti hőmérsékletű.
Odaérve mindig megkérdeztem:
"Hogy képes bárki élni, dolgozni
vagy aludni ilyen időben?"
Ráadásul nagyszüleimnek
nem volt légkondicionálójuk.
Noha mindent bevetettem,
képtelen voltam meggyőzni őket,
hogy szerezzenek be egyet.
De a dolgok gyorsan változnak.
A világon fölhasznált villamos áram
17 százalékát jelenleg
hűtőrendszerekre fordítjuk.
Ez mindent felölel: a légkonditól kezdve,
amelyre oly iszonyúan vágytam
nyári szünidőim idején,
a szupermarketekben élelmünket
biztosan hidegen tartó hűtőrendszerekig,
az adatközpontokat működőképesen
tartó ipari léptékű rendszerekig.
E rendszerek összességükben
a világon az üvegházhatású gázok
kibocsátásának 8%-át adják.
Azért forgolódom éjszakánként álmatlanul,
mert a hűtésre fordított energia
2050-re a hatszorosára nőhet,
amelyet elsősorban az ázsiai és afrikai
országok fokozott fölhasználása okoz.
Saját szememmel láttam.
Nagyszüleimnél és környékükön
majdnem minden lakásban van légkondi.
Ez határozottan jó dolog
a meleg klímában élők
egészsége, jó közérzete
és termelékenysége szempontjából.
De a klímaváltozás szempontjából
a legriasztóbb következmény,
hogy minél jobban melegszik bolygónk,
annál inkább szükségünk lesz
hűtőrendszerekre,
amelyek maguk is rengeteg
üvegházhatású gázt bocsátanak ki.
Ez esetleg visszacsatolási hurkot okoz,
ahol pusztán a hűtőrendszerek válhatnak
az üvegházhatású gázok
legnagyobb forrásává
e század folyamán.
A legrosszabb esetben évente esetleg
több mint 10 billió kWh
villamos energiára lesz szükség,
csak hűtésre 2100-ig.
Ez mai villamosenergia-
fölhasználásunk fele.
Csakis hűtésre.
De ez elképesztő lehetőségre is rámutat.
A hűtőrendszerek hatékonyságának
10-20%-os javítása
ma és századunkban óriási hatással lehet
az üvegházhatású gázok kibocsátására.
Ez pedig megelőzheti a legrosszabb
visszacsatolási hurok kialakulását.
Tudósként sokat töprengek
a fényről és a hőről.
Nevezetesen: új anyagok
miként teszik lehetővé
e természeti elemek
áramlásának megváltoztatását
eddig elképzelhetetlennek tartott módon.
Noha mindig is értettem
a szünidőim alatti hűtés jelentőségét,
valójában egy hat évvel ezelőtti
intellektuális rejtély ösztökélt,
hogy e problémán dolgozzam.
Hogy sikerült az ősi népeknek jeget
csinálniuk sivatagi körülmények között?
A kép jégvermet, azaz jakcsált ábrázol,
amely Irán délnyugati részén található.
Iránban ilyenek romjai tucatjával vannak,
akárcsak hasonló építményekéi
a Közel-Kelet többi részén,
egészen Kínáig terjedően.
A több száz évvel ezelőtt
a jégvermekkel foglalkozók
vizet öntöttek a balra látható medencébe
napnyugta után a kora esti órákban.
Majd valami elképesztő történt.
Bár a levegő hőmérséklete
meghaladta a fagypontot,
mondjuk, az 5 °C-ot,
a víz mindig megfagyott.
A képződött jeget hajnalban begyűjtötték,
és a jobbra látható építményben tárolták
egész nyáron.
Talán láttak már hasonlót,
ha megfigyeltek derült éjszaka
talajon képződő zúzmarát,
még ha a hőmérséklet
jóval fagypont fölötti volt is.
Pillanat.
Hogy fagyott meg a víz
fagypont fölötti hőmérsékleten?
Játszhatott szerepet a párolgás,
de az kevés a víz jéggé alakulásához.
Valami más hűthette le.
Gondoljunk az ablakpárkányon
hűlő süteményre.
Hogy lehűljön, a hőnek
hűvösebb helyre kell távoznia.
Nevezetesen: a környező levegőbe.
Bármi hihetetlennek hangozzék is,
a medence vizének hője
a hideg világűrbe távozik.
Hogy lehetséges ez?
A vízmedence –
akár a többi természetes anyag –
hőjét fény alakjában sugározza ki.
Ez a hősugárzás fogalma.
Mindannyian most is infravörös fény
alakjában sugározzuk ki hőnket
egymás felé és a környezetünkbe.
Hőkamerákkal ez láthatóvá is tehető,
és a keletkezett képek ilyesfélék,
amiket itt mutatok.
Tehát a vízmedence
a légkörbe sugározza a hőjét.
A légkör és a benne lévő molekulák
a hő egy részét elnyelik
és visszasugározzák.
Az oka a klímaváltozást
eredményező üvegházhatás.
De egy lényeges dolgot meg kell értenünk.
Nem az összes hőt nyeli el légkörünk.
Ha így lenne, jóval
melegebb bolygón élnénk.
Bizonyos hullámhosszon,
konkrétan a 8–13 mikronos sávban van
légkörünk ún. átviteli ablaka.
Az ablakon keresztül hatékonyan szökik el
az infravörös fény alakjában
terjedő hő a medencéből.
Sokkal-sokkal hidegebb helyre szökhet el.
A hideg felső légkörbe
és a messzi világűrbe,
amelynek hőmérséklete
elérheti a –270 °C-ot.
A vízmedence több hőt
sugároz az atmoszférába,
mint viszont.
Emiatt hűl le a medence
a környezőnél alacsonyabb hőmérsékletre.
Ez az éjszakai lehűlés,
avagy a sugárzó lehűlés hatása.
Klímakutatók és meteorológusok
ezt mindig igen fontos
természeti jelenségnek tartották.
Akkor találkoztam a jelenséggel,
amikor a Stanfordon
a doktorim vége felé jártam.
Elképedtem, mennyire nyilvánvalóan
egyszerű hűtési módszer,
de mégis tanácstalan voltam.
Miért nem alkalmazzuk?
Kutatók és mérnökök megvizsgálták az elvet
az elmúlt évtizedekben.
De legalább egy nagy hátulütő kiderült.
Nem véletlenül éjszakai lehűlés a neve.
Miért?
Egy picinyke dolog, a Nap miatt.
A hűtőfelületnek
az ég felé fordíthatónak kell lennie.
Délben pedig,
amikor a legjobban vágyunk valami hidegre,
sajnos, a Napba kell néznünk.
A Nap az anyagok zömét eléggé fölmelegíti,
hogy teljesen ellensúlyozza a hűtőhatást.
Munkatársaimmal sok időt töltöttem azzal,
hogy rájöjjünk, miként alakítsuk úgy
nagyon kis hullámhosszon
az anyagszerkezetet,
hogy új és hasznos dolgot
műveljen a fénnyel –
a hullámhossztartomány szűkebb,
mint magáé a fényé.
A nanooptikai vagy metaanyagok kutatása
néven ismert terület ismeretében
mi jöttünk rá először,
hogy létezik módszer,
amellyel ez napközben megvalósítható.
Ehhez több rétegű
optikai anyagot terveztünk,
amely mikroszkopikus képe itt látható.
Az emberi hajszálnál
több mint 40-szer vékonyabb.
Egy időben két dologra képes.
Először: a hőt pont ott engedi át,
ahol a légkör a hőt a legjobban engedi át.
A világűrbe vezető ablakot vettük célba.
A másik: nem melegszik föl a napfénytől.
Nagyon jól visszatükrözi a napfényt.
Stanfordi háztetőn teszteltem először.
Itt mutatom.
Egy kis időre kinn hagytam a készüléket,
pár perc múlva visszamentem,
és rögtön láttam, hogy működik.
Hogyan?
Megérintettem és hidegnek éreztem.
(Taps)
Csak érzékeltetésül, mennyire fura
és a józan észnek ellentmondó ez:
ez az anyag és a hozzá hasonlók
lehűlnek, ha a napra tesszük,
hiába süti őket hét ágra a nap.
Itt láthatók első kísérleti adataink.
Kísérletünkben az anyagot
5 °C-kal a levegő hőmérséklete
alatt tartottuk,
noha a nap közvetlenül sütötte.
Az anyag gyártástechnológiája
már ma is tömeggyártásinak tekinthető.
Tényleg izgatott lettem,
mert nemcsak hogy valami
klasszat hoztunk létre,
hanem valami valódit és hasznosat is.
Ez elvezet a következő kérdésig.
Hogyan takarítható meg
energia ezzel az ötlettel?
E technológiával az energiamegtakarítás
legközvetlenebb módja,
ha a mai légkondicionáló és hűtőrendszerek
hatásfokát följavítjuk.
Ehhez folyadék-hűtőlapot készítettünk,
mint ami itt látható.
Alakja hasonlít a napkollektoréra,
azzal az eltéréssel, hogy feladata
ellentétes: passzívan hűti a vizet
különleges anyagunk révén.
A lapok a majd minden
hűtőrendszerben meglévő alkatrésszel,
a kondenzátorral is egybeépíthetők,
amely még növeli a rendszer hatásfokát.
Startup cégünk, a SkyCool Systems,
nemrég fejezte be a kaliforniai
Davisben folytatott terepkísérletét.
Az itt látható bemutatón szemléltettük,
hogy a hűtőrendszer hatásfokát
terepen 12%-kal tudtuk növelni.
A következő 1-2 évben nagyon várom,
hogy az első kereskedelmi léptékű projekt
mind a légkondicionálók,
mind a mélyhűtők terén elindul.
A jövőben talán összeépíthetjük
ezeket a lapokat
jobb hatásfokú épülethűtő rendszerekkel,
és ezzel energiafelhasználásukat
2/3-ával csökkenthetjük.
Végül, tudnánk hűtőrendszert is építeni,
amely nem igényelne villamos energiát.
Ennek első lépéseként
stanfordi munkatársaimmal
együtt bemutattuk,
hogy a levegő hőmérsékleténél
több mint 42 °C-kal alacsonyabb
hőmérsékletet is fenntarthatunk
jobb műszaki megoldással.
Köszönöm szépen.
(Taps)
Képzeljenek csak el
valami fagypont alattit
a nyári rekkenő hőségben.
Miközben lelkesít,
amit a hűtés érdekében tehetünk,
de persze még rengeteg a dolgunk,
kutatóként az a tágabb lehetőség is vonz,
amely jelen munkámban tükröződik.
Felhasználhatjuk a világűr hideg sötétjét
az energiával összefüggő valamennyi
folyamat hatékonysága növelésére
itt a Földön.
Egy folyamatot emelek ki, a napelemeket.
Napfény hatására melegszenek fel,
és minél melegebbek,
annál kisebb a hatásfokuk.
2015-ben kimutattuk,
hogy a napelem felületén lévő
bizonyos mikroszerkezettel
jobban kihasználhatjuk ezt a hűtőhatást,
hogy a napelemet passzívan
alacsony hőmérsékleten tartsuk.
Emiatt a napelem jobb hatásfokkal működik.
Tovább kísérletezünk
az efféle megoldásokkal.
Az a kérdés, hogyan használhatjuk
a világűr hidegét
a vízkészlet megőrzésére.
Vagy a hálózatfüggetlen
energiatermelésben.
Talán közvetlenül energiát is
termelhetünk ezzel a hideggel.
Nagy a különbség
a Föld és a világűr hőmérséklete között.
A különbség – legalábbis fogalmilag –
ún. hőerőgép hajtására is használható:
villamosenergia-termelésre.
Aztán készíthetünk-e éjszakai
energiatermelő berendezést,
mellyel hasznos mennyiségű
villamos energia állítható elő,
amikor a napelemek nem működnek?
Termelhetünk-e fényt a sötétségből?
Ebben döntő,
hogy felhasználjuk-e
a köröttünk lévő hősugárzást.
Állandóan infravörös fényben fürdünk;
és ha uralmunk alá hajtjuk,
alapvetően módosíthatjuk
a hő- és energiaáramlást,
amelyek nap mint nap áthatolnak rajtunk.
Ez a képesség, amely párosul
a világűr hideg sötétjével,
irányt mutat a jövőt illetően,
ahol mi civilizációként
képesek lehetünk intelligensebben
menedzselni hőenergiai lábnyomunkat
a legszélesebb léptékben.
Az éghajlat-változással szembesülve
hiszem, hogy e képesség
eszközként alkalmazva
létfontosságúnak bizonyul.
Legközelebbi sétájukon
álmélkodjanak el, mennyire létfontosságú
a Nap a földi élethez,
de ne feledjék el, hogy az ég többi
része is tartogat nekünk valamit.
Köszönöm.
(Taps)
Setiap musim panas semasa kecil saya,
saya pergi dari rumah saya di Kanada
untuk menjenguk kakek nenek saya
di Mumbai, India.
Musim panas di Kanada cukup sejuk --
sekitar 22 derajat Celcius
atau 72 derajat Farenheit
ini musim panas yang biasa,
dan tidak terlalu panas
Sedangkan Mumbai,
adalah tempat yang panas dan lembab
sekitar 30-an Celcius
atau 90-an Farenheit.
Saat saya mendarat di Mumbai,
saya berpikir,
"Bagaimana orang bisa hidup, bekerja
atau tidur dalam cuaca seperti ini?"
Parahnya, kakek nenek
saya tidak memiliki pendingin ruangan.
Dan meskipun saya berusaha
sebisa mungkin,
Saya tidak berhasil membujuk
mereka untuk membelinya.
Tetapi kondisi berubah dan dengan cepat.
Sistem pendingin saat ini
secara keseluruhan menyumbang 17 persen
dari listrik yang kita gunakan
di seluruh dunia.
Ini termasuk semuanya
dari pendingin ruangan
yang saya sangat inginkan
pada liburan musim panas saya
pada sistem pendingin yang membuat makanan
tetap baik dan dingin
di supermarket,
hingga sistem skala industri yang menjaga
agar pusat data tetap bekerja.
Secara keseluruhan, sistem-sistem ini
menyumbang delapan persen
dari emisi gas rumah kaca secara global.
Tapi, ini yang membuat saya gelisah
tiap malam
bahwa penggunaan energi untuk pendingin
bisa meningkat enam kali lipat pada 2050,
terutama penggunaan yang meningkat pada
negara-negara di Asia dan Afrika.
Saya menyaksikan ini secara langsung.
Hampir setiap apartemen di sekitar
dan di tempat nenek saya
sekarang mempunyai pendingin ruangan.
Dan itu, sungguh merupakan
hal yang baik
untuk kesehatan, kesejahteraan,
dan produktivitas
bagi orang yang hidup di iklim panas.
Namun, salah satu hal paling
mengkhawatirkan tentang perubahan iklim
bahwa semakin panas planet kita,
semakin kita butuh sistem pendingin --
sistem yang menjadi penghasil besar
emisi gas rumah kaca.
Ini berpotensi menyebabkan
suatu umpan balik,
dengan sistem pendingin saja
dapat menjadi penghasil emisi
gas rumah kaca terbesar
pada abad ini.
Pada kasus terburuk,
kita mungkin memerlukan lebih dari 10
triliun kWh listrik setiap tahun,
hanya untuk pendinginan pada tahun 2100.
Itu setengah dari listrik kita
yang tersedia saat ini.
Hanya untuk sistem pendingin.
Tetapi ini mungkin dapat mengarahkan
kita pada peluang yang besar.
Peningkatan efisiensi dari setiap
sistem pendingin sebesar 10 atau 20 persen
dapat berpengaruh besar
pada emisi gas rumah kaca kita,
saat ini dan di masa depan.
Dan itu dapat mencegah kasus
umpan balik tersebut.
Saya adalah ilmuwan yang banyak
bekerja tentang cahaya dan panas.
Khususnya, bagaimana bahan baru
dapat mengubah aliran
dari unsur dasar alam ini
dalam cara yang kami dulu kira mustahil.
Seiring saya memahami
arti pendinginan,
selama liburan musim panas saya,
saya bergairah mengerjakan masalah ini
karena teka-teki intelektual yang
saya temui sekitar enam tahun yang lalu.
Bagaimana manusia zaman dulu
dapat membuat es di iklim gurun?
Ini adalah foto rumah es,
juga bernama Yakhchal,
yang terletak di barat laut Iran.
Ada lusinan runtuhan seperti
ini di seluruh Iran,
dengan bukti dari bangunan yang
hampir sama di seluruh Timur Tengah
dan sampai ke Cina.
Orang-orang yang membuat rumah es ini
berabad-abad yang lalu
akan menuangkan air ke kolam
yang Anda lihat di sisi kiri
pada sore hari,
saat matahari mulai tenggelam,
Lalu terjadi sesuatu yang menakjubkan.
Meskipun suhu udara
mungkin di atas titik beku,
misal 5 derajat Celcius
atau 41 derajat Fahrenheit,
air tadi bisa membeku.
Es yang dihasilkan lalu dikumpulkan
di pagi hari
dan disimpan untuk penggunaan
di gedung yang Anda lihat di sisi kanan.
begini terus dilakukan,
sepanjang musim panas.
Anda mungkin pernah
melihat sesuatu yang serupa
jika Anda perhatikan embun membeku
di tanah pada malam yang cerah,
bahkan saat suhu udaranya
jauh di atas titik beku.
Tunggu.
Bagaimana air dapat membeku
jika suhu udara di atas titik beku?
Penguapan mungkin punya pengaruh,
tetapi itu tidak cukup untuk
menyebabkan air menjadi es.
Pasti sesuatu yang lain membekukannya.
Bayangkan kue yang didinginkan
dekat jendela.
Biar bisa dingin, panasnya harus
mengalir ke tempat yang lebih sejuk,
Tak lain, udara yang mengelilinginya.
Meski tidak masuk akal kedengarannya,
untuk kolam air itu, panasnya
sebenarnya mengalir ke luar angkasa.
Bagaimana bisa?
Kolam air itu,
seperti kebanyakan bahan alami
mengirimkan panasnya sebagai cahaya.
Konsep ini dinamakan radiasi termal.
Sebenarnya, kita semua mengantarkan panas
sebagai cahaya inframerah sekarang
kepada satu sama lain dan sekeliling kita.
Kita dapat menggambarkan ini
menggunakan kamera termal
dan gambar yang dihasilkan,
seperti yang saya tunjukkan sekarang.
Jadi kolam air itu
mengantarkan panasnya
ke atas menuju atmosfer.
Atmosfer dan molekul di dalamnya
menyerap sebagian panasnya itu
dan mengirimnya kembali.
Itu sebenarnya efek rumah kaca yang
bertanggungjawab atas perubahan iklim.
Tetapi ini adalah hal paling
penting untuk difahami,
Atmosfer kita tidak menyerap
semua panas itu.
Jika diserap semua, kita akan berada
di planet yang jauh lebih panas.
Pada panjang gelombang tertentu,
khususnya di antara delapan dan 13 mikron,
atmosfer kita mempunyai apa
yang disebut jendela transmisi.
Jendela ini memungkinkan sebagian panas
yang naik sebagai cahaya inframerah
untuk keluar secara efektif,
membawa panas kolam air.
Dan ia dapat pergi ke
tempat yang jauh lebih dingin.
Ke atmosfer atas yang dingin
dan ke luar angkasa
yang dinginnya dapat mencapai
minus 270 derajat Celcius,
atau minus 454 derajat Fahrenheit.
Jadi kolam air itu dapat mengantarkan
panas ke langit yang lebih banyak
daripada yang dikembalikan oleh langit.
Dan karena itu,
kolam akan mendingin
di bawah suhu lingkungannya.
Efek ini dikenal dengan
pendinginan langit malam,
atau pendinginan radiatif.
Dan ini sudah dipahami oleh
ilmuwan iklim dan ahli cuaca
sebagai fenomena alami
yang sangat penting.
Saat saya menemukan semua ini,
yaitu saat akhir S3 saya di Stanford.
Dan saya kagum dengan betapa
sederhana cara pendinginan
tetapi juga membingungkan.
Mengapa kita tidak memanfaatkan ini?
Nah, ilmuwan dan
insinyur telah meneliti ide ini
dalam puluhan tahun sebelumnya.
Tetapi ada satu masalah besar.
Dinamakan pendinginan langit malam
untuk suatu alasan.
Mengapa?
Baik, ini hal kecil bernama matahari.
Jadi, untuk permukaan yang
melakukan pendinginannya,
permukaannya harus menghadap langit.
Dan di saat tengah siang hari,
saat kita saat menginginkan
sesuatu yang dingin,
sayangnya, itu berarti Anda harus
menghadap ke matahari,
Dan matahari memanaskan banyak benda,
cukup panas untuk sepenuhnya
menetralkan efek pendinginan ini.
Saya dan rekan-rekan
menghabiskan banyak waktu
memikirkan bagaimana kami
dapat menyusun bahan
pada skala panjang yang sangat kecil
agar mereka dapat melakukan hal
yang baru dan berguna dengan cahaya --
skala panjang yang lebih kecil dari
panjang gelombang cahaya sendiri.
Menggunakan pengetahuan dari bidang ini,
yang bernama nanofotinik
atau riset metamaterial,
kami sadar ada jalan
yang ini bisa dilakukan pada siang hari
untuk pertama kalinya.
Untuk melakukannya, saya mendesain
bahan optik multilayer
ditunjukkan dalam
gambar hasil mikroskop ini.
Ini 40 kali lebih tipis dari
rambut manusia umumnya.
Dan ini dapat melakukan dua hal
pada waktu yang sama.
Pertama, bisa mengeluarkan panas,
dengan tepat di mana atmosfer kita
mengeluarkan panas.
Kami menyasar jendela ke luar angkasa.
Hal kedua yang dapat dilakukannya adalah
menghindari pemanasan oleh matahari.
Ini cermin yang baik
terhadap cahaya matahari.
Pertama kali saya menguji ini
yaitu di atas atap kampus Stanford
yang saya tunjukkan di sini.
Saya meletakkan alat
untuk beberapa saat,
dan saya melihatnya
setelah beberapa menit,
dan dalam beberapa detik,
saya tahu itu bekerja.
Bagaimana?
Saya menyentuhnya, dan rasanya dingin
(Tepuk tangan)
Hanya untuk menegaskan seberapa aneh
dan berlawanan dengan intuisi ini:
bahan ini, dan bahan sepertinya,
akan bertambah dingin, saat kita
mengeluarkannya dari tempat teduh
meskipun matahari bersinar di atasnya.
Saya menunjukkan data di sini
dari percobaan pertama kami,
ketika bahan itu bertahan
lebih dari lima derajat Celcius
atau sembilan derajat Farenheit,
lebih dingin daripada suhu udara
meskipun matahari bersinar
tepat di atasnya.
Metode pembuatan yang kami gunakan
untuk membuat bahan ini
sudah ada pada skala volume besar.
Jadi saya sangat gembira,
karena kami tidak hanya
membuat sesuatu yang keren
tapi juga kesempatan melakukan sesuatu
yang nyata dan berguna.
Itu membawa saya ke
pertanyaan besar berikutnya.
Bagaimana kita dapat menghemat
energi dengan ide ini?
Kami percaya cara paling langsung untuk
menghemat energi dengan teknologi ini
adalah peningkatan efisiensi
untuk sistem pendingin ruangan
dan pendinginan makanan.
Untuk melakukan ini,
kami bangun panel pendingin cairan.
seperti yang ditunjukkan di sini.
Bentuk panel ini seperti
pemanas air tenaga surya,
tetapi melakukan hal sebaliknya --
airnya didinginkan, secara pasif,
menggunakan bahan khusus ini.
Panel ini kemudian dapat
digabungkan dengan bagian
yang hampir semua sistem pendinginan
memilikinya yaitu kondensator
untuk meningkatkan efisiensi
sistem tersebut.
Start-up kami, bernama SkyCool Systems,
baru saja menyelesaikan percobaan lapangan
di Davis, California.
Dalam demonstrasi itu,
kami menunjukkan bahwa
kami dapat meningkatkan efisiensi
sebanyak 12 persen di lapangan.
Satu atau dua tahun berikutnya,
saya sangat gembira karena ini
meluncur pada skala komersial pertama kali
dalam pasar sistem pendinginan.
Ke depannya, kami mungkin
dapat menggabungkan panel ini
dengan sistem pendinginan
yang lebih efisien
untuk mengurangi penggunaan
energinya sebanyak dua per tiga.
Dan akhirnya, kami mungkin dapat
membangun sistem pendinginan
yang tidak memerlukan listrik sama sekali.
Sebagai langkah pertamanya,
saya dan rekan-rekan saya di Stanford
telah menunjukkan bahwa Anda
dapat mempertahankan
sesuatu lebih dari 42 derajat
Celcius di bawah suhu udara
dengan teknik yang lebih baik.
Terima kasih.
(Tepuk tangan)
Jadi bayangkan --
sesuatu yang ada di bawah titik beku
di siang hari yang panas.
Jadi, saya sangat senang bisa melakukan
sesuatu untuk pendinginan,
tapi saya kira, ada banya hal
yang masih perlu dilakukan.
Sebagai ilmuwan, saya tertarik pada
kesempatan yang lebih besar
yang saya percaya karya ini menarik.
Kita dapat menggunakan gelap dan dinginnya
luar angkasa
untuk meningkatkan efisiensi
dari setiap proses yang terkait
dengan energi di bumi.
Salah satu proses yang ingin
saya soroti adalah sel surya.
Mereka memanas di bawah matahari
dan semakin panasnya,
mereka menjadi kurang efisien.
Tahun 2015, kami menunjukkan bahwa dengan
mempertimbangkan jenis mikrostruktur
di atas sel surya,
kami dapat lebih memanfaatkan
efek pendingan ini
untuk menjaga sel surya
pada suhu lebih rendah secara pasif.
Hal ini bisa membuat sel surya
bekerja lebih efisien.
Kami sedang menyelidiki
kesempatan ini lebih lanjut.
Kami sedang meneliti apakah kami dapat
menggunakan dinginnya luar angkasa
untuk membantu dengan penghematan air.
Atau mungkin dengan
skenario yang tak terduga.
Mungkin kita dapat menghasilkan listrik
secara langsung dengan dingin ini.
Ada perbedaan suhu yang besar
di antara kita di Bumi dan
dinginnya luar angkasa.
Perbedaan itu, secara konsep,
dapat digunakan untuk menggerakkan
sesuatu bernama mesin panas
untuk menghasilkan listrik.
Bisakah kita membuat
alat penghasil listrik malam hari
yang bisa menghasilkan
jumlah listrik yang cukup
saat sel surya tidak bekerja?
Bisakah kita membuat
cahaya dari kegelapan?
Hal utamanya yaitu
kemampuan untuk mengelola
radiasi termal yang ada di sekitar kita.
Kita senantiasa bermandikan
cahaya inframerah;
jika kita dapat memanfaatkan
sesuai keinginan kita,
kita dapat mengubah aliran
panas dan energi
yang kita serap setiap hari.
Kemampuan ini, digabung dengan
gelap dan dinginnya luar angkasa
menunjukkan masa depan tempat kita,
sebagai suatu peradaban
mungkin dapat mengelola jejak
energi kita dengan lebih bijak
pada skala terbesar.
Saat kita menghadapi perubahan iklim,
saya percaya bahwa mempunyai kemampuan ini
akan sangat bermanfaat.
Berikutnya, saat Anda jalan-jalan di luar.
Ya, kagumilah pentingnya matahari
terhadap kehidupan di bumi,
tetapi jangan lupa bahwa bagian
langit lainnya juga bermanfaat.
Terima kasih.
(Tepuk tangan)
子供のころ毎年夏になると
カナダの家から祖父母のいる
インドのムンバイに旅行しました
カナダの夏は気温が上がっても
穏やかという程度です
気温は摂氏22度
華氏なら72度くらいが
一般的な夏の気温で
さほど暑くありません
ところがムンバイは暑く多湿で
摂氏30度 華氏なら90度にもなります
ムンバイに到着するとすぐに
「どうしたらこんな気候で生活し 働き
寝ることができるの?」と尋ねました
更に悪い事には祖父母は
エアコンを持っていませんでした
かなり頑張ってはみましたが
エアコンを買うよう
説得するのは無理でした
でも そんな状況は
急速に変わりつつあります
冷却系で使われる電力は
世界の全電力使用の
17パーセントにも上ります
この数字は
私が夏休みに
喉から手が出るほど
欲しかったエアコンも
食料を安全に冷たく保存できる
スーパーマーケットの冷蔵システムも
含んでいますし
データセンターが稼働するための
工業的な規模のシステムも含みます
冷却システム全体で
世界の温室効果ガス発生量の
8パーセントを占めます
しかし私を悩ませるのは
冷却に利用されるエネルギーは
2050年までに6倍に膨らみ
アジアやアフリカの国々での利用拡大により
激増する可能性があります
私はこの目で見てきました
祖母の家の周りでも
ほとんどのアパートで
今はエアコンがあります
これは 高温の環境で暮らす
人々にとって
健康や生活条件や
生産性といった点では
とても良いことです
ただ 気候変動に関わって
憂慮すべきなのは
地球が暖まるにつれて
どんどん冷却システムが
必要になる上に
そのシステム自体が温室効果ガスの
巨大な発生源となるのです
こうして悪循環に陥るかもしれません
冷却システムだけでも
21世紀の後半には
温室効果ガスの最大の発生源となる
可能性があるのです
最悪のケースでは
2100年までに
毎年10兆キロワット時を超える電力が
冷却のために必要になるかもしれません
この数字は現在の電力供給量の
半分に当たります
冷却だけでです
しかし同時に これは私たちに
チャンスを与えてくれます
全冷却システムの効率が
1〜2割向上するだけで
温室効果ガスの発生量に
大きな影響を与えられるかもしれません
今でも そしてこの先でも
ひどい悪循環を避けるのに
役立つかもしれません
私は光や熱を研究する科学者です
特に新しい材料が
それまでは不可能と考えられていた方法で
自然の基本的要素の流れを
改変できるか研究しています
夏休みの経験から
冷却の価値を理解しつつ
この問題に取り組み始めたのは
6年前に遭遇した
知的難問がきっかけです
古代の人々が砂漠の気候で
どのように氷を作れたのか?
この画像は氷の部屋
ヤクチャルと言われるもので
イランの南西にあるものです
このような建物はイラン中に数十とあり
同じような建物が 他の中東の国々や
中国に至るまで存在することが
確認されています
何世紀も前に このような
氷の部屋を利用していた人々は
左手に見えるような水槽に
日没後の夕刻の早い時間に
水を注ぎました
すると不思議なことが起きるのです
気温は氷点下になっていなくても
例えば摂氏5度
華氏41度くらいで
水が凍るのです
生成された氷は早朝に回収され
右手に見える建物に保存しました
夏の期間中もずっとです
同じような光景を
目にしたことがあるかもしれません
良く晴れた夜に
気温が氷点よりずっと高くても
霜が降りているのに
気づいたことがあるでしょう
でも待ってください
どうして気温が氷点を上回るのに
水が凍るのでしょうか?
蒸発の影響もあるかもしれませんが
水が凍るほどではありません
別の何かが冷却したに違いありません
パイを窓枠に置いて
冷やすことを考えてください
パイを冷ますには 温度の低い方に
熱を逃す必要があります
つまり周囲の空気にです
信じがたく聞こえますが
熱は水槽の水から
冷たい宇宙へと流れるのです
どのようにして起こるのか?
多くの自然の物体と同じように
水槽の水は
熱を光として放出します
熱放射の概念として知られています
この瞬間にも私たちは誰でも
熱を赤外線として
周囲に放出しています
熱線カメラで可視化することができますが
そのイメージは
今見て頂いている様な画像です
水槽の水は熱を大気に
放出します
大気と大気中の分子は
熱の一部を吸収し再度放出します
これこそが気候変動の原因となる
温室効果です
ここが理解すべき重要な部分です
大気は熱をすべて吸収することはありません
もしそうなるなら
地球はもっと温暖な惑星になったはずです
ある波長—
具体的には8〜13ミクロンの波長が
大気の伝送窓として知られています
この大気の伝送窓は 赤外線としての熱を
効果的に大気の外側に逃がし
水槽の熱を運び出すことを可能にします
熱は遥かに冷たい場所へと
逃げていくのです
大気上部の冷たい所へと
更に遠い宇宙へと
そこは 摂氏マイナス270度
あるいは
華氏マイナス454度にもなります
水槽の水は空から輻射される熱より
さらに多くの熱を空に放出します
そのため
水槽は周囲の温度より低くなるのです
この効果は夜間冷却
あるいは 放射冷却として
知られています
気候学者と気象学者には
とても重要な自然現象として
知られてきました
この事実を知ったのは
スタンフォードの博士課程を
終える頃でした
この冷却方法としての
明らかな単純さに
とても驚きました
この手法をぜひ使おう!
現在 科学者や技術者が
10年近くこのアイデアについて
研究しています
ところが ひとつ
大きな問題があります
「夜間」冷却と呼ばれるのには
理由があります
なぜか?
それは太陽のせいです
冷却する表面は
空に向いている必要があります
日中は
一番冷たくなってほしいものが
残念ながら太陽に向いてしまい
太陽はほとんどの物体を加熱し
冷却効果を完全に相殺してしまいます
私は仲間とともに多くの時間を費やし
極小スケールで材料を
作る方法を考えています
光を利用して その材料で
新しい価値あることができるように
そのスケールは光の波長よりも
小さなものです
この分野をナノフォトニクスとか
メタマテリアル研究と呼びますが
ここから発想を得て
史上初めて 日中でも
放射冷却を可能にする方法が
あるかもしれないと気づいたのです
実現のために
多層光材料を設計しました
これは その顕微鏡画像です
厚さは 標準的な髪の毛の太さの
40分の1未満です
2つのことを同時に行うことができます
1つ目は放熱
大気が熱を最も逃がしやすい所に向けてです
放熱先は宇宙にしました
2つ目は太陽による加熱を防止します
太陽光を とてもよく反射します
最初にテストしたのは
スタンフォードの屋上でしたが
ご覧の通りです
このデバイスを少しの間放置して
数分後に近寄りました
数秒もせず機能していることが分かりました
なぜ?
触ったら冷たかったのです
(拍手)
これが どれだけ奇妙で
直観から外れているかというと
この材料やその類似物は
日陰から日向に移して
太陽が射していても
冷たくなるのです
お見せしているのは
最初の実験のデータです
この材料の温度は
気温と比べて摂氏5度以上
あるいは華氏9度以上
低い状態を保ちました
直射日光が当たっていたのにです
私たちが使った素材を
大規模に製造する方法は
すでに存在しています
とてもワクワクしています
なぜならただ冷たくするだけではなく
何かを実現して世に役立つ機会を
得られたかもしれないからです
そのことが次の大きな疑問へと導きます
このアイデアで省エネを
どう実現するか?
この技術でエネルギーを節約する
最も直接的な方法は
現代の空調や冷蔵の
システム効率を増強することであると
信じています
そのために液冷パネルを製作しました
このようなものです
これらのパネルは
太陽熱温水器のような形状ですが
まったく逆の働きをします
エネルギーを使わず水を冷却します
私たちの作った特殊な材料でです
このパネルは ほとんどの
冷却システムが備える
凝縮器という部品と
組み合わせることができ
システムの基本的な効率を向上します
私たちのスタートアップ企業
SkyCool Systemsは
カリフォルニア州デイビスで
実地試験を完了しました
この時のデモでは
冷却システムの効率を12パーセントも
向上できたことを示しました
1年か2年すると
空調と冷蔵システムの双方で
商用規模での試験運用が
開始されることに大変興奮しています
将来 このようなパネルを取り付けることで
ビル空調の冷却システムが高効率となり
エネルギー消費を3分の2
減らせるかもしれません
最終的には電力を全く必要としない
冷却システムを作れるかもしれないのです
それに向かう第1歩として
スタンフォードの同僚と私は
技術を駆使して
気温より摂氏42度以上低い温度に
維持できることを実証しました
ありがとう
(拍手)
夏の暑い日に
何かを氷点下にすることを想像してください
冷却に対して私たちができるすべてに
ワクワクしながら
更にできる事があると考えていて
この研究が指し示す
とても意義深い機会に
科学者として惹かれます
宇宙の冷たい暗黒を
地球上のあらゆる
エネルギー関連工程の
効率向上に使うことができるのです
その一例として取り上げたいのは
太陽電池です
太陽熱で温度が上昇し
それに連れ効率が下がります
2015年には 意図的に微細構造を
太陽電池パネルの表面に装備することで
冷却効果を利用して
エネルギーを使わず 太陽電池のセルを
低温に保てることを実証しました
太陽電池セルがより効率的に稼働できます
私たちはこのような機会を模索しています
私たちは宇宙の冷たさを
水の節約や
独立電源システムに役立てられないか
検討しているところです
宇宙の冷たさから 直接
エネルギーを作れるかもしれないのです
地球表面と冷たい宇宙の間には
温度差が存在します
温度差は 少なくとも理論上
熱機関の原動力として利用でき
電気を発生させられます
そうだとすると
夜間発電機器を作成し
太陽電池が機能しない間の
実用的な量の電力を
作る事ができるのでしょうか?
暗闇から光を作り出せるのでしょうか?
この力の中核になるのは
私たちに身近な
熱放射を管理できるかどうかです
私たちは赤外線に包まれています
もし赤外線を私たちの
思う通りに操れたら
日々 私たちに浸透している
熱とエネルギーの流れを
根底から変えることができるのです
この力は 宇宙の冷たい暗闇とともに
私たちに未来を見せてくれます
私たちが文明として 非常に大規模に
熱エネルギーの消費を
賢明に管理し得る未来です
気候変動と立ち向かう際に
手段の1つとして
この力を持つことが
不可欠だとわかってくるでしょう
この次に外を歩き回るときには
地球の生命にとって太陽が
どれほど大切なものかに驚きつつ
空の他の部分からも恩恵を得られることを
忘れてはいけません
ありがとうございました
(拍手)
어렸을 적 매년 여름마다
조부모님을 뵈러 캐나다에서
인도 뭄바이에 가곤 했습니다.
현재 캐나다의 여름은
낮에 가장 더워 봤자
약 섭씨 22도 또는 화씨 72도인
전형적인 여름 날씨이며
그리 뜨거운 편은 아닙니다.
반면, 인도는 고온다습한 지역으로
기온이 섭씨로는 30도,
화씨로는 90도까지 올라갑니다.
전 도착하자마지
이렇게 묻곤 했습니다.
“어떻게 이런 날씨에 먹고, 자고,
일하며 살 수 있는 거예요?” 라고요.
더군다나 조부모님 집에는
에어컨도 없었습니다.
전 늘 조부모님을 조르며
에어컨을 사자고 말했지만
늘 거절당했습니다.
하지만 이제 상황이
급격하게 바뀌고 있습니다.
오늘날 냉방에 소비되는 전력이
전 세계 전력 소비량의
17%를 차지합니다.
이 냉방 기계에는
어렸을 적 제가 그토록 원했던
에어컨을 포함해
마트에서 장 본 음식을
상하지 않게 보관해줄 냉장고와
데이터 센터의 원활한 운영을 위한
산업 냉방 시설이 모두 포함됩니다.
전체적으로 봤을 때 이 냉방 기계들은
전 세계적 온실 가스 배출의
8%를 차지하고 있습니다.
하지만 제가 잠을 설치는 진짜 이유는
2050년에는 냉방 기계에 사용되는
에너지량이 무려 6배나 뛸 것이며
그것은 아시아와 아프리카의
국가들 때문이라는 점입니다.
저는 이런 현상을
직접 본 적이 있습니다.
현재 제 조부모님 집 근처에 있는
거의 모든 아파트에
에어컨이 있습니다.
더운 지역에 사는 사람들이
건강하고 행복한 삶을 살 수 있게 되고
활발한 활동이 가능하게 된 점에서
이는 매우 잘된 일입니다.
하지만 가장 우려되는 점은
바로 지구 온난화입니다.
지구의 기온이 점점 올라가면
냉방 기계도 계속 쓰게 되겠죠.
문제는 냉방기계가 온난화의 주범인
온실 가스를 방출한다는 점입니다.
이는 악순환을 일으킬
가능성이 있습니다.
즉, 나중에는 냉방 기계 자체가
21세기 말에는 결국 온실가스의
주범이 될 수 있다는 거죠.
최악의 경우
2100년까지 냉방 기계를 돌리는 데만
매년 10조 kWh 이상의 전력이
필요하게 될 것입니다.
이는 오늘날 총 전력 공급의
절반을 차지하는 양입니다.
단지 냉방만을 위해서요.
하지만 여기엔 놀라운 점도 있습니다.
냉방 기계들의 효율성을
10%나 20%만 개선해도
온실 가스 방출을 막는 데
큰 영향을 줄 수 있습니다.
현재뿐만 아니라 미래에까지
영향을 미칠 수 있는 겁니다.
그렇게 된다면 최악의 경우인
악순환 현상을 막을 수 있습니다.
저는 전기 및 열 분야에
관심이 많은 과학자입니다.
특히 관심을 두는 것은
새로운 물질들이 어떻게
자연의 기본 원소들의 흐름을
바꾸는지에 대한 것입니다.
한때 불가능하다고 믿었던 방식으로요.
그래서, 어렸을 적에
늘 여름방학 때마다 겪었던
냉방의 중요성을 깨달으면서도
냉방 기계의 문제 해결에
애쓰기 시작한 것은
6년 전에 우연히 알게 된
지적 수수께끼 때문이었습니다.
어떻게 선조들은 사막에서
얼음을 만들었을까요?
이 사진은 야크찰이라는
고대 얼음 보관소로
이란 남서부 지역에 위치하고 있습니다.
이란 전역에 이런 구조물이 널려 있으며
이와 비슷한 구조물의 흔적을
그 외 중동 지역에서도 볼 수 있고
그 흔적이 중국까지 이어집니다.
수백 년전 이 보관소를 운영한 사람들은
해가 질 때쯤의 초저녁에
여기 왼쪽에 보이는 웅덩이에
물을 붓곤 했습니다.
그러고 나면 놀라운 일이 일어났죠.
기온이 어는점보다 높은
섭씨 5도나 화씨 41도인데도
물이 어는 것입니다.
이렇게 생성된 얼음은
다음날 아침에 수확되고
여기 오른쪽 사진에 나온
건물에 보관됩니다.
여름 내내 말이죠.
사실, 여러분도 이미 이런 현상이
일어나는 것을 본 적이 있을 것입니다.
맑은 밤에 땅 위에 서리가
앉아있는 걸 보셨을 거예요.
기온이 어는점보다 높은데도 말이죠.
하지만 여기서 되짚어 봅시다.
어떻게 기온이 어는점보다 높은데
물이 얼 수 있었던 걸까요?
증발 때문일 수 도 있지만
물이 얼음이 되기에는
그것만으로 충분치 않습니다.
증발 외에 또 다른 요소가
있던 것이 분명합니다.
창문턱에서 파이를 두고
식히는 모습을 상상해보세요.
파이를 식히기 위해선 파이의 열기를
시원한 곳으로 보내야 합니다.
즉, 파이 주위의 공기를
바꿔야 하는 거죠.
이는 불가능해 보이지만
이 물 웅덩이도 사실 주위의 열기를
시원한 쪽으로 보낸 것입니다.
어떻게 이런 일이 가능할까요?
이 물 웅덩이도
대부분의 천연 자원들처럼
빛의 형태로 열을 전달합니다.
이게 바로 우리가 흔히 아는
복사열이라는 개념입니다.
사실, 지금 우리도 적외선 형태의 열을
우리 주변과 서로에게 보내고 있습니다.
열화상 카메라로 사진을 찍어보면
지금 화면에 나온 것처럼
우리가 내뿜는 열을 볼 수 있습니다.
따라서 물 웅덩이에서 나오는 열은
대기 중 위로 올라가게 됩니다.
대기와 대기 속 분자들이
이 열의 일부를 흡수하고 난 뒤
다시 이를 돌려줍니다.
이 원리가 바로 지구 온난화 주범인
온실효과의 작동원리입니다.
하지만 여기 반드시 알아야 할
중요한 부분이 있습니다.
그것은 바로 대기는 전달된 열을
모두 흡수하지 않는다는 점입니다.
만약 그랬다면 지구는 현재보다
더욱 뜨거운 상태였을 것입니다.
대기는 특정한 파장일 때
특히 8에서 13 마이크론
사이의 파장에서
'대기창'이라는 상태가 됩니다.
이 대기창은 적외선 형태로
올라오는 열의 일부를
효과적으로 분산시킴으로써
이 물 웅덩이의 열을 가져갑니다.
그러면 이 열은 훨씬 더
차가운 쪽으로 이동하게 되죠.
물 웅덩이가 있던 대기 상층부에서
대기권 밖으로 나가게 됩니다.
대기권 밖은 섭씨 영하 270도
화씨로는 영하 454도로
매우 차가운 공간입니다.
그래서 이 물 웅덩이는 대기에서
다시 물 웅덩이로 보내는 열보다
더 많은 열을
대기로 방출할 수 있습니다.
이러한 이유로
물 웅덩이는 주위 온도보다
낮아지게 됩니다.
이 현상이 바로 밤하늘 냉각입니다.
복사 냉각이라고도 하죠.
이 현상은 기후학자와 기상학자들이
늘 중요하게 여기는 자연현상입니다.
이런 현상을 알게 된 때는
스탠포드 대학 박사과정을
마칠 때 즈음이었습니다.
저는 냉각 원리가 너무나도
간단하다는 사실에 놀라면서도
한편으론 궁금했습니다.
왜 이런 단순한 원리를
활용하지 않는 걸까요?
과학자들과 공학자들은
이 원리를 활용할 방법을
수십 년간 연구해왔습니다.
하지만 한 가지 결정적인
문제가 있음을 알게 되었죠.
바로 밤하늘 냉각이라 불리는
복사냉각이 문제였습니다.
왜냐고요?
바로 태양이라는 녀석 떄문입니다.
지면을 식히려면
지면이 하늘을 바라보고 있어야 합니다.
차게 식혀야 할 때는
보통 낮시간 동안인데
안타깝게도 낮에는 태양이 떠 있죠.
태양은 지면의 대부분을 가열하고
복사냉각을 완전히 상쇄시켜버립니다.
저와 제 동료들은 오랫동안
아주 작은 길이를 갖는 물질을
만들 방법을 생각해왔습니다.
빛을 이용해서 새롭고 실용적인
일을 할 수 있는 물질이고
빛의 파장 자체보다
더 짧은 길이를 가져야 합니다.
나노 광학 또는 메타소재 연구로
알려진 분야의 지식을 통해서
낮에 복사냉각이 가능한 방법이
존재할 거라는 사실을
처음으로 알아냈습니다.
이를 위해서 저는 여러 층을 갖는
광학 소재를 만들었습니다.
이것은 그 소재의 현미경 사진인데요.
두께가 사람의 머리카락보다
40분의 1 정도로 얇습니다.
그리고 동시에
두 가지 일을 할 수 있죠.
먼저, 이 광학 소재는
열을 내보냅니다.
대기에서 열이 가장 많이 방출되는
곳으로 정확히 열을 내보내죠.
저희는 우주 공간으로 향하는
대기창을 목표로 했습니다.
두 번째로, 태양에 의해
가열되는 것을 막습니다.
이는 햇빛을 반사시키는
훌륭한 거울 역할을 하죠.
제가 처음으로 이를 실험했던 곳은
스탠포드 대학의 옥상이었습니다.
보고 계신 바로 이곳이죠.
저 장치를 잠시 동안 가만히 놓아두고
몇 분 뒤에 다시 확인하러 갔습니다.
확인하자마자 이 장치가
효과가 있다는 걸 알았어요.
어떻게 알았냐고요?
손을 댔는데 차갑더라고요.
(박수)
이게 얼마나 이상하고 납득이
잘 안 가는 것인지 보여 드릴게요.
이 소재나 이와 비슷한 것을
그늘에서 꺼내오면 차가워 질 것입니다.
햇빛을 쬐고 있어도 말이죠.
첫 번째 실험에서 얻은 결과를 보면
섭씨 5도, 화씨로는 9도 이상을
유지하고 있음을 알 수 있습니다.
직사광선을 받고 있었는데도 말이죠.
우리가 실제로 이 소재를
만들었던 제작 방법으로
대규모 생산이 가능한
시설이 이미 있었습니다.
저는 정말 기뻤어요.
왜냐하면 냉방을 위한
소재를 만들 뿐만 아니라
이를 실현해서 실용화할 수 있는
기회를 찾았기 때문입니다.
그러자 다음 의문점이 생겼습니다.
이 아이디어로 어떻게
에너지를 절약할 수 있을까요?
일단, 이 기술을 사용해 에너지를
절약하는 가장 직접적인 방법은
에어컨과 냉장고의 효율을
향상시키는 것입니다.
이를 위해, 저희는 유동성
냉각 패널을 설치했습니다.
여기 보시는 것과 같은 건데요.
이 패널들은 태양열 온수기와
비슷한 형태를 지니고 있습니다.
하지만 작동원리는 정반대입니다.
저희가 만든 특수 소재를 통해서
천천히 물을 식히게 되죠.
그런 뒤, 이 패널들을 하나로 합치면
모든 냉방 기계에 들어가는
콘덴서라는 부품이 되는데
이것으로 냉방 시스템의
효율을 향상시킬 수 있습니다.
신생기업인 저희 스카이쿨 시스템은
최근에 여기 보시는 캘리포니아의
데이비스에서 실지 실험을 마쳤습니다.
이 실험에서
냉방 시스템 분야의 효율성이
12%나 향상될 수 있음을
증명했습니다.
내년이나 내후년에
이 패널들이 최초로 상업용 규모로
냉방 시스템에 시범 적용될
것으로 기대하고 있습니다.
미래에는 어쩌면 이러한 패널들을
더 효율성이 높은
건물 냉방 시스템과 결합해
에너지 사용량을 3분의 2로
절약할 수 있을 겁니다.
그러면 결국 전력 공급이 전혀 필요없는
냉방 시스템을 만들 수 있을 것입니다.
이를 향한 첫 발걸음으로
저와 제 스탠포드 대학 동료들은
발전된 공학기술을 통해
섭씨 42도보다 더 낮은 기온을
유지할 수 있다는 것을
증명해왔습니다.
고맙습니다.
(박수)
상상해보세요.
무더운 여름날인데도 어는점보다
낮은 무언가를 말이에요.
냉방 시스템에 관해 저희가
할 수 있는 것들에 신나면서도
아직 갈 길이 멀었다고 생각하지만
과학자로서 저는 이번 실험이 강조하는
심오한 기회에 집중하고 있습니다.
차갑고 어두운 우주 공간을 이용해
지구상 모든 에너지 처리 과정의
효율성을 향상시킬수 있습니다.
그런 방법 중의 하나가
바로 태양광 전지입니다.
태양광 전지는 태양열을 받아
온도가 높아질수록 효율성이 떨어집니다.
2015년에 저희는 정교하게
제작된 미세구조들을
태양광 전지판 위에 설치하면
냉각 효과의 장점을 활용하여
태양 전지가 수동적으로 낮은 온도를
유지한다는 걸 입증했습니다.
이 덕분에 태양광 전지를
더 효율적으로 운용할 수 있죠.
저희는 이런 기회를
계속 증명하고 있습니다.
현재 저희는 차가운 우주를
활용할 방법을 찾고 있습니다.
수자원 보존에 도움을 준다거나
전력망 없이도 에너지를
사용하는 방안에 대해서요.
어쩌면 이를 통해 에너지를
직접 생산할 수 도 있을 겁니다.
지구와 차가운 우주 공간의
온도 차는 매우 큽니다.
그 온도 차를 이용한다면
적어도 이론상으로는
전력 생산용 열기관을
만들어 낼 수 있습니다.
그렇다면 태양광 전지가
작동하지 않는 밤에도
쓸만한 양의 전력을 제공할
발전기를 만들 수 있지 않을까요?
어둠을 이용해서
빛을 만들 수 있지 않을까요?
이 능력의 핵심은 바로
우리 주위의 복사열을
이용할 수 있다는 점입니다.
우린 끊임없이 적외선으로
목욕을 하고 있는 셈입니다.
만약 적외선의 방향을
우리 마음대로 바꿀 수 있다면
매일매일 우리를 관통하는
열과 에너지의 흐름을
완전히 바꿀 수 있을 것입니다.
차갑고 어두운 우주를 이용하는
이 기술이 시사하는 바는
미래에는 우리 과학 문명으로
열 에너지 발자국을 더욱 현명하게
대규모로 관리할 수 있을 거라는 점입니다.
기후 변화를 직면한 상황에서
이런 능력을 갖추는 것은
필수 사항이 될 것입니다.
그러니 다음부터 밖에 나갈 때는
네, 지구 자체의 생명체들에게
태양이 얼마나 필수적인지 경탄하면서도
하늘에 있는 태양 외 나머지 요소들의
영향력 또한 잊지 않길 바랍니다.
감사합니다.
(박수)
Toen ik opgroeide, vloog ik elke zomer
van mijn thuis in Canada
naar mijn grootouders
in Mumbai, India.
Nu zijn Canadese zomers
in het beste geval vrij mild --
ongeveer 22°C of 72°F
is een typische zomerdag –-
en niet te warm.
Mumbai is daarentegen
een warme en vochtige plaats
met temperaturen boven de 30°C of 90°F.
Zodra ik aankwam, vroeg ik:
"Hoe kan iemand wonen, werken
of slapen in een dergelijke weer?"
En dan hadden mijn grootouders
niet eens een airconditioner.
Hoe ik ook mijn best deed,
ik kon hen nooit overtuigen
om er een aan te schaffen.
Maar dit is aan het veranderen, en snel.
Koelsystemen verbruiken
vandaag gezamenlijk
wereldwijd 17% van alle elektriciteit.
Dit omvat alles: van de airconditioners
die ik zo graag wilde
tijdens mijn zomervakanties,
tot de koelsystemen om ons voedsel
veilig en koud te houden
in onze supermarkten
en de grootschalige systemen die
onze datacenters aan de gang houden.
Samen zijn deze systemen goed voor 8%
van de wereldwijde uitstoot
van broeikasgassen.
Waar ik niet van slaap, is dat tegen 2050
ons energieverbruik voor koeling
zes maal groter zou kunnen worden,
voornamelijk door een intensiever gebruik
in Aziatische en Afrikaanse landen.
Ik heb dit met eigen ogen gezien.
Bijna elk appartement
in de buurt van mijn oma
heeft nu een airconditioner.
En dat is vooral een goede zaak
voor gezondheid, welzijn en productiviteit
van mensen die in warmere klimaten wonen.
Een van de meest verontrustende dingen
over de klimaatwijziging is echter
dat naarmate onze planeet warmer wordt,
we meer koelsystemen
gaan nodig hebben --
systemen die zelf grote
uitstoters van broeikasgassen zijn.
Dat kan een terugkoppeling veroorzaken
waardoor koelsystemen alleen al
een van onze grootste bronnen
van broeikasgassen kunnen worden
later deze eeuw.
In het ergste geval hebben we
wellicht jaarlijks meer dan 10 biljoen
kilowattuur elektriciteit nodig.
Alleen voor koeling, tegen het jaar 2100.
Dat is de helft van onze
elektriciteitsvoorziening vandaag.
Alleen voor koeling.
Maar dit wijst ook op een geweldige kans.
Een 10 of 20% verbetering van
de efficiëntie van elk koelsysteem
kan een enorme impact hebben
op onze uitstoot van broeikasgassen,
zowel vandaag als later deze eeuw.
We zouden die terugkoppelingslus
van het ergste geval kunnen vermijden.
Als wetenschapper denk ik veel na
over licht en warmte.
Vooral over hoe we
met nieuwe materialen
de stroom van deze basiselementen
van de natuur kunnen wijzigen
op manieren die we misschien
ooit onmogelijk achtten.
Ofschoon de waarde van koeling
me al duidelijk was
sinds mijn zomervakanties,
begon ik me met dit probleem
bezig te houden
vanwege een intellectueel raadsel waar
ik ongeveer zes jaar geleden op stuitte.
Hoe konden oude volkeren ijs
maken in een woestijnklimaat?
Dit is een foto van een ijshuis,
of een ‘yakhchal’,
in het zuidwesten van Iran.
Er zijn tientallen ruïnes
van dergelijke structuren in heel Iran,
met sporen van soortgelijke bouwwerken
in de rest van het Midden-Oosten,
helemaal tot in China.
De mensen die vele eeuwen geleden
dit ijshuis in gebruik hadden,
goten water in het bekken
-- dat je daar links ziet --
in de vroege avonduren
bij zonsondergang.
En dan gebeurde er iets verbazends.
Hoewel de temperatuur van de lucht
boven het vriespunt kon zijn,
misschien wel 5°C of 41°F,
bevroor het water toch.
Het gevormde ijs werd dan verzameld
in de vroege ochtenduren
en voor gebruik opgeslagen
in het gebouw daar rechts,
de hele zomer lang.
Je hebt eigenlijk waarschijnlijk
al iets vergelijkbaars gezien
bij rijmvorming na een heldere nacht,
zelfs bij een luchttemperatuur
boven het vriespunt.
Maar wacht.
Hoe kan water bevriezen
boven het vriespunt?
Verdamping kan een rol spelen,
maar dat is niet genoeg om water
tot ijs te laten bevriezen.
Iets anders moet het hebben afgekoeld.
Denk aan een taart
die afkoelt op een vensterbank.
Om af te koelen, moet haar warmte
naar een koelere plaats kunnen stromen.
In dit geval naar de omringende lucht.
Hoe ongeloofwaardig het ook mag klinken,
voor dat bekken met water gaat die warmte
in feite naar de koude van de ruimte.
Hoe kan dat?
Dat bekken water stuurt, zoals
de meeste natuurlijke materialen,
zijn warmte uit als licht.
Dat heet thermische straling.
In feite stralen we allemaal onze warmte
uit als infrarood licht,
naar elkaar en naar onze omgeving.
We kunnen dit met thermische
camera's visualiseren.
Ze produceren beelden
zoals ik jullie nu toon.
Die plas water straalt
zijn warmte de atmosfeer in.
De atmosfeer en de moleculen erin
absorberen een deel van die warmte
en sturen die terug.
Dat is in feite het broeikaseffect,
verantwoordelijk voor de klimaatopwarming.
Maar wat nu komt, is van cruciaal
belang om te begrijpen.
Onze atmosfeer absorbeert
niet al die warmte.
Als dat zo was, zouden we op
een veel warmere planeet leven.
Bij bepaalde golflengten,
vooral tussen 8 en 13 micrometer, heeft
onze atmosfeer een transmissie-venster.
Dit venster laat een deel van de warmte
die opstijgt als infrarood licht
daadwerkelijk ontsnappen, waardoor
de warmte van dat bekken afneemt.
Ze verdwijnt naar
een veel, veel koudere plaats.
In de bovenste atmosfeer,
en in de ruimte al helemaal,
kan het -270°C of -454°F zijn.
Daardoor kan de plas water meer warmte
naar de hemel uitstralen
dan dat de hemel terugstuurt.
En daardoor zal het bekken afkoelen
tot onder de omgevingstemperatuur.
Dit effect staat bekend
als nachthemelkoeling
of stralingskoeling.
Klimaatwetenschappers en
meteorologen kennen het al lang
als een zeer belangrijk
natuurverschijnsel.
Dit kwam ik te weten
tegen het einde van
mijn doctoraat in Stanford.
Ik stond versteld van de schijnbare
eenvoud van deze koelmethode,
maar was ook in verwarring.
Waarom maken wij er geen gebruik van?
Wetenschappers en ingenieurs
hadden dit idee wel onderzocht
in voorgaande decennia.
Maar er bleek ten minste
één groot probleem te zijn.
Er was een reden dat het
nachtelijke koeling heette.
Waarom?
Er is daar dat dingetje
dat we de zon heten.
Om een oppervlak af te koelen,
moet het naar de hemel gericht zijn.
En in de loop van de dag,
wanneer we het meest
naar koude verlangen,
staat daar helaas de zon.
En de zon warmt de meeste materialen
genoeg op om dit koelend effect
volledig teniet te doen.
Mijn collega's en ik
hebben lang nagedacht
over hoe we materialen
kunnen structureren
bij zeer kleine lengteschalen
zodat ze nieuwe en nuttige dingen
met licht kunnen doen --
lengteschalen kleiner dan
de golflengte van het licht zelf.
Met behulp van inzichten op dit gebied,
bekend als nanophotonica
of metamaterialenonderzoek,
beseften we dat er wellicht een manier was
om dit voor het eerst
overdag mogelijk te maken.
Om dit te doen, ontwierp ik
een meerlagig optisch materiaal
hier getoond op een microscoopbeeld.
Het is meer dan 40 keer dunner
dan een typische menselijke haar.
Het kan twee dingen tegelijk doen.
Ten eerste, warmte uitstralen
precies daar waar onze atmosfeer
die warmte het beste doorlaat.
We mikten op het venster naar de ruimte.
Het tweede is dat het niet makkelijk
wordt opgewarmd door de zon.
Het is een zeer goede
spiegel voor zonlicht.
De eerste keer testte ik dit
op een dak in Stanford.
Ik toon het hier.
Ik liet de opstelling een tijdje buiten
en toen ik er na een paar
minuten terug bij kwam,
wist ik gelijk dat het werkte.
Hoe?
Ik raakte het aan en het voelde koud aan.
(Applaus)
Gewoon om te benadrukken
hoe raar en contra-intuïtief dit is:
dit en andere soortgelijke materialen
worden kouder als we
ze uit de schaduw halen,
ook al valt er zonlicht op.
Ik toon jullie gegevens
van ons allereerste experiment,
waar dit materiaal meer dan 5°C of 9°F
kouder bleef dan de luchttemperatuur,
hoewel de zon er direct op scheen.
De productiemethode die we gebruikten
om dit materiaal te maken
bestaat al op grote schaal.
Ik was echt enthousiast,
want niet alleen maken we iets cools,
maar misschien hebben
we wel de mogelijkheid
om er echt iets mee te doen
en er iets bruikbaars van te maken.
Dat brengt me bij de volgende grote vraag:
hoe bespaar je nu energie met dit idee?
We geloven dat de meest directe manier om
energie te besparen met deze technologie
is door de efficiëntie te verhogen
van de huidige airconditioning-
en koelsystemen.
Daarvoor hebben we
vloeistof-koelpanelen gebouwd,
zoals die hier getoond.
Deze panelen zien eruit als zonneboilers,
maar ze doen het tegenovergestelde –-
ze koelen het water passief
door ons gespecialiseerde materiaal.
Deze panelen kunnen dan
samengaan met een component
die je in bijna elke koelsysteem
vindt, de condensor,
om de onderliggende efficiëntie
van het systeem te verbeteren.
Onze start-up, SkyCool Systems,
heeft onlangs een veldproef voltooid
in Davis, Californië, hier afgebeeld.
In deze demonstratie laten we zien
dat we de efficiëntie van dat koelsysteem
met maar liefst 12% kunnen verbeteren.
In de komende paar jaar
kijk ik echt uit naar de eerste
proefprojecten op commerciële schaal
voor zowel airconditioning
als voor koeling.
In de toekomst kunnen we misschien
dit soort panelen integreren
met meer efficiënte
koelsystemen voor gebouwen
om hun energieverbruik
met tweederde te verminderen.
En tenslotte gaan we misschien
een koelsysteem kunnen bouwen
dat helemaal geen
elektriciteit meer vereist.
Als eerste stap in die richting:
mijn collega's van Stanford en ik
hebben aangetoond dat je iets
op ruim 42°C onder de luchttemperatuur
kan houden met een betere techniek.
(Applaus)
Dank je.
Stel je eens voor --
iets onder het vriespunt
op een hete zomerdag.
Terwijl ik erg enthousiast ben over alles
wat we kunnen doen om te koelen,
en ik denk dat er nog
veel te doen overblijft,
ben ik als wetenschapper ook aangetrokken
tot een meer diepgaande kans
waar dit werk volgens mij naar wijst.
We kunnen de koude duisternis
van de ruimte gebruiken
om de efficiëntie te verbeteren
van ieder energie-gerelateerd
proces hier op aarde.
Een voorbeeld van zo'n proces dat ik
graag wil belichten zijn zonnecellen.
Ze warmen op onder de zon
en worden minder efficiënt
naarmate ze warmer zijn.
In 2015 hebben we aangetoond dat we
met aangepaste vormen van microstructuren
bovenop een zonnecel,
beter gebruik kunnen
maken van dit koeleffect,
zodat een zonnecel passief
op een lagere temperatuur blijft.
Hierdoor kan de cel efficiënter werken.
We testen dit soort
mogelijkheden verder uit.
We onderzoeken of we de koude
van de ruimte kunnen gebruiken
voor het beter omgaan met water.
Of misschien met
netonafhankelijke scenario's.
Misschien kunnen we zelfs rechtstreeks
energie opwekken met deze koude.
Er is een groot temperatuurverschil
tussen ons hier op aarde
en de koude van de ruimte.
Dat verschil kan, ten minste in principe,
worden gebruikt om een
warmtemachine aan te drijven
om elektriciteit te genereren.
Kunnen wij dan een nachtelijke
energiecentrale maken
die bruikbare hoeveelheden
elektriciteit genereert
wanneer de zonnecellen niet werken?
Kunnen we licht
maken van duisternis?
Centraal hierin staat dit vermogen
om de warmtestraling overal
om ons heen te beheren.
We baden voortdurend in infrarood licht.
Als we dat aan onze wil
konden onderwerpen,
konden we de stromen
van warmte en energie,
die ons elke dag doordringen,
fundamenteel veranderen.
Deze mogelijkheid, in combinatie
met de koude donkerte van het heelal,
wijst ons naar een toekomst
waarin wij als beschaving
onze thermische energie voetafdruk
intelligenter zouden kunnen beheren
tot zelfs op de allergrootste schalen.
Nu we geconfronteerd worden
met de klimaatverandering,
denk ik dat deze mogelijkheid
in onze gereedschapskist
essentieel zal blijken te zijn.
Als je nog eens buiten rondloopt,
verwonder je dan hoe de zon
essentieel is voor het leven op aarde,
maar vergeet niet dat de rest
van de hemel ons ook iets te bieden heeft.
Dank je.
(Applaus)
Todos os verões, quando estava a crescer,
viajava da minha casa, no Canadá,
para visitar os meus avós
que viviam em Mumbai, na Índia.
Os verões canadianos são amenos
— cerca de 22 graus Celsius
ou 72 graus Fahrenheit
é um dia de verão normal,
não é muito quente.
Contudo Mumbai é um lugar quente e húmido
entre os 30 graus Celsius
ou 90 graus Fahrenheit.
Quando lá cheguei. perguntei:
"Como alguém pode viver, trabalhar
ou dormir com este clima?"
Para piorar as coisas, os meus avós
não tinham ar condicionado.
E embora tentasse o meu melhor
nunca os consegui
persuadir a comprarem um.
Mas isto está a mudar rapidamente.
Hoje os sistemas de arrefecimento
fazem parte de cerca de 17%
de toda a eletricidade
que usamos a nível mundial.
Isto incluí tudo, desde o ar condicionado
que tanto queria
nas minhas férias de verão,
até aos sistemas frigoríficos que
mantêm a comida fresca e segura
nos supermercados,
até aos sistemas à escala industrial
que mantêm operacionais
os centros de dados.
Coletivamente, estes sistemas
são responsáveis
por 8% da emissão global
de gases de efeito de estufa.
Mas o que não me deixa dormir
é que a energia usada para o arrefecimento
pode aumentar seis vezes mais até 2050,
principalmente devido ao aumento
do consumo na Ásia e em países africanos.
Eu vi isto diretamente.
Quase todos os apartamentos
nos arredores da casa da minha avó
têm hoje ar condicionado.
Isso é uma coisa boa para a saúde,
para o bem-estar e para a produtividade
das pessoas que vivem
em climas mais quentes.
Contudo, uma das coisas mais
alarmantes sobre a alteração climática
é que, quanto mais quente
o planeta se torna,
mais vamos precisar
de sistemas de arrefecimento
— sistemas que são grandes emissores
de gases de efeito de estufa.
Isto tem o potencial de criar
um círculo vicioso
em que só os sistemas de arrefecimento
podem tornar-se uma das maiores
fontes de emissão de gases,
no futuro.
No pior dos casos, podemos vir a precisar
de mais de 10 biliões
de quilowatts/hora todos os anos,
só para arrefecimento, no ano de 2100.
Isso é metade do atual
fornecimento de eletricidade.
Só para arrefecimento.
Mas isto também aponta
para uma oportunidade incrível.
Uma melhoria de 10 ou 20% na eficiência
de todos os sistemas de arrefecimento
poderia ter um impacto enorme nas
emissões de gases de efeito de estufa,
tanto hoje como no futuro.
E podia ajudar-nos a evitar
esse ciclo vicioso, do pior dos cenários.
Sou um cientista que pensa
muito na luz e no calor.
Em particular, na forma como
os novos materiais nos permitem alterar
o fluxo dos elementos básicos da natureza
de formas que antes
achávamos serem impossíveis.
Então, embora entendesse
o valor do arrefecimento
durante as minhas férias de verão,
acabei por trabalhar neste problema
devido a um "puzzle" intelectual
que encontrei há uns seis anos.
Como é que as pessoas, antigamente,
conseguiam fazer gelo em climas desérticos?
Isto é uma foto de uma casa de gelo,
também chamada "yakhchal",
situada no sudoeste do Irão.
Há dezenas de ruínas
destas estruturas no Irão,
com indícios de edifícios
parecidos pelo resto do Médio Oriente
e em todo o percurso até à China.
As pessoas que trabalhavam
nas casas de gelo, há muitos séculos,
enchiam de água o tanque
que veem à esquerda.
nas horas da tarde,
quando o Sol se punha.
E algo incrível acontecia.
Mesmo com a temperatura
do ar pouco acima de zero,
por exemplo, a cinco graus Celsius
ou 41 graus Fahrenheit,
a água congelava.
O gelo criado era recolhido
no início da manhã
e guardado no edifício
que veem à direita,
durante todos os meses de verão.
Já devem ter visto algo parecido
se já viram a geada a criar-se
no solo numa noite limpa,
mesmo com a temperatura
do ar muito acima de zero.
Mas esperem.
Como é que a água congelava,
se a temperatura do ar é acima de zero?
A evaporação pode ter ajudado,
mas não é suficiente
para tornar a água em gelo.
Outra coisa deve tê-la congelado.
Pensem numa tarte a arrefecer à janela.
Para arrefecer, o calor tem
que ir para algum lado mais frio,
nomeadamente o ar à sua volta.
Por impossível que pareça,
nesse tanque de água, o seu calor
está a fluir até o frio do espaço.
Como é que é possível?
Bem, o tanque de água,
como muitos materiais naturais,
envia o seu calor sob a forma de luz.
Este é um conceito conhecido
por radiação térmica.
Neste momento, todos nós estamos a enviar
o nosso calor, como luz infravermelha,
uns para os outros e para os arredores.
Podemos ver isto com câmaras térmicas
e a imagem que produzem,
como as que estou a mostrar agora.
Então, o tanque de água
está a enviar o calor
para cima, para a atmosfera.
A atmosfera e as suas moléculas
absorvem algum do calor
e enviam-no de volta.
Esse é o efeito de gases de estufa
responsável pela alteração climática.
Mas aqui está o que
precisamos de entender.
A atmosfera não absorve todo esse calor.
Se assim fosse, estávamos
num planeta muito mais quente.
Em certos comprimentos de onda,
em particular entre os 8 e os 13 mícrones,
a atmosfera é conhecida
como uma janela de transmissão.
Esta janela permite que algum calor,
que sobe como luz infravermelha,
escape efetivamente,
levando com ele o calor do tanque.
E pode escapar para um lugar
que é muito mais frio.
O frio desta atmosfera mais elevada
e todo o percurso até ao espaço,
que pode chegar até aos
-270 graus Celsius,
ou -454 graus Fahrenheit.
Esse tanque de água é capaz
de enviar mais calor para o céu
e o céu manda-o de volta.
Isso é porque
o tanque irá arrefecer abaixo
da temperatura que a rodeia.
Este é um efeito conhecido
por arrefecimento noturno
ou arrefecimento radiante.
E sempre foi entendido por
cientistas climáticos e meteorologistas
como um fenómeno natural
muito importante.
Quando me deparei com isto,
estava quase a acabar o meu
doutoramento em Stanford.
Fiquei fascinado pela aparente
simplicidade do método de arrefecimento,
mas também confuso.
Porque não usamos isto?
Cientistas e engenheiros
tinham investigado esta ideia
em décadas anteriores.
Mas acabou por existir, pelo
menos, um grande problema.
Era o chamado de arrefecimento
noturno por um motivo.
Porquê?
Bem, é uma pequena coisa chamada Sol.
Então, a superfície que está a arrefecer,
tem que poder estar virada para o céu.
E a meio do dia,
quando podemos ansiar por algo frio,
infelizmente, isso significa
que olhamos para o Sol.
O Sol aquece muitos dos materiais
o suficiente para contrariar
o efeito de arrefecimento.
Eu e os meus colegas
passamos muito tempo
a pensar como podemos
estruturar os materiais
em escalas de comprimento
muito pequenas
para que possam fazer coisas
novas e úteis com a luz
— escalas mais pequenas do que
o comprimento das ondas de luz.
Usando conhecimentos desta área,
conhecidos como a nanofotónica
ou a pesquisa metamaterial,
percebemos que poderá existir
uma forma de isto ser possível de dia.
pela primeira vez.
Para tal, concebi um material
ótico de multicamadas
mostrado aqui numa imagem microscópica.
É 40 vezes mais fino
do que um cabelo humano médio,
E é capaz de fazer duas coisas
simultaneamente.
Primeiro, envia o calor para fora
precisamente para onde a nossa
atmosfera deixa sair melhor esse calor.
Apontamos para a janela para o espaço.
A segunda coisa que faz
é evitar ser aquecido pelo Sol.
É um bom espelho à luz solar.
A primeira vez que o testei
foi num telhado em Stanford
que estou a mostrar aqui.
Deixei o dispositivo fora
durante algum tempo,
e voltei após alguns minutos,
e, em segundos, soube
que estava a funcionar.
Como?
Toquei nele e estava frio.
(Aplausos)
Só para realçar o quão estranho
e contraintuitivo isto é:
este material e outros parecidos
ficam mais frios quando
os tiramos da sombra,
mesmo que estejam expostos ao Sol.
Estou a mostrar-vos dados
da primeira experiência,
em que esse material ficou
mais frio cinco graus Celsius,
ou nove graus Fahrenheit,
do que a temperatura do ar,
apesar de o Sol estar a incidir
diretamente nele.
O método de manufatura
que usamos para criar este material
já existe em grande escala de volume.
Eu estava muito entusiasmado,
porque não só fizemos algo fixe,
mas também podemos ter
a oportunidade de fazer algo real e útil.
Isso leva-me à próxima grande questão.
Como é que realmente poupamos
energia com esta ideia?
Achamos que a forma mais direta
de poupar energia com esta tecnologia
é um reforço de energia
para os sistemas de ar condicionado
de refrigeração atuais.
Para isso, criamos painéis
de arrefecimento de líquidos,
como os que aqui estão.
Estes painéis têm uma forma
parecida com a dos painéis solares,
mas fazem o oposto — eles
arrefecem a água, passivamente,
usando o nosso material especializado.
Estes painéis podem ser
instalados com um componente
que quase todos esses
sistemas têm, um condensador,
para aumentar a eficiência
subjacente do sistema.
A nossa "start-up", SkyCool Systems,
completou há pouco um teste no terreno
em Davis, na Califórnia, como podem ver.
Nessa demonstração,
mostrámos que podíamos
melhorar a eficiência
dos sistemas de arrefecimento
em 12% no terreno.
Dentro de um ou dois anos,
estou muito entusiasmado para ver
os primeiros pilotos em escala comercial
tanto no sistema de arrefecimento
como na refrigeração do espaço.
No futuro, poderemos
integrar este tipo de painéis
com sistemas de arrefecimento
de maior eficiência
para reduzir o uso
de energia em dois terços.
E, eventualmente, poderemos
construir um sistema de arrefecimento
que não precise de consumir eletricidade.
Como primeiro passo para lá chegar,
os meus colegas em Stanford e eu
mostrámos que podemos manter
algo mais do que 42 graus Celsius
abaixo da temperatura do ar
com melhor engenharia.
Obrigado.
(Aplausos)
Então imaginem só,
algo que é abaixo de zero
num dia quente de verão.
Embora esteja entusiasmado sobre
o que podemos fazer para o arrefecimento
— e acho que ainda há muito a fazer —
como cientista, também estou interessado
numa oportunidade mais profunda,
que acho que este trabalho destaca.
Podemos usar a fria escuridão do espaço
para melhorar a eficiência
de todos os processos relacionados
com a energia aqui na Terra.
Um dos processos que gostava
de destacar são os painéis solares.
Eles aquecem sob o Sol
e tornam-se menos eficientes
à medida que aquecem.
Em 2015, mostrámos que
com microestruturas deliberadas
em cima de um painel solar,
poderíamos tirar maior vantagem
deste efeito de arrefecimento
para manter o painel solar, passivamente,
a uma temperatura mais baixa.
Isto faz com que o painel
funcione melhor.
Estamos a explorar ainda mais
este tipo de oportunidades.
Estamos a perguntar
se podemos usar o frio do espaço
para nos ajudar a conservar a água.
Ou talvez em cenários fora da rede.
Talvez também pudéssemos
gerar energia com este frio.
Há uma grande diferença
de temperatura entre nós, aqui na Terra,
e o frio do espaço.
Essa diferença, pelo menos
a nível conceptual,
poderia ser usada para
alimentar um motor térmico
para gerar eletricidade.
Será que poderemos criar
um gerador de eletricidade noturno
que crie quantidades úteis de eletricidade
quando os painéis solares não funcionam?
Poderemos criar luz
a partir da escuridão?
O objetivo desta capacidade
é ser capaz de gerir
a radiação térmica que está à nossa volta.
Estamos constantemente banhados
em luz infravermelha.
Se a pudéssemos manipular,
à nossa vontade,
poderíamos mudar os fluxos
do calor e da energia
que estão connosco todos os dias.
Esta capacidade, juntamente
com a fria escuridão do espaço,
aponta para um futuro
em que nós, como civilização,
poderemos conseguir gerir
de forma mais racional
a pegada de energia térmica
em grande escala.
Para enfrentar a alteração climática,
creio que ter esta capacidade
se irá tornar essencial.
Então, da próxima vez
que estiverem a andar na rua,
pensem bastante em como o Sol
é essencial para a vida humana na Terra,
mas não se esqueçam que o resto do céu
também tem algo para oferecer.
Obrigado.
(Aplausos)
Todo verão, durante minha infância,
eu deixava o Canadá
para visitar os meus avós,
que moravam em Mumbai, na Índia.
Os verões canadenses são amenos,
na melhor das hipóteses.
A temperatura de um dia típico de verão
é de 22 °C, não muito quente.
Mas Mumbai é um lugar quente e úmido,
facilmente chegando aos 30 ºC.
Assim que chegava lá, eu pensava:
"Como alguém pode viver, trabalhar
ou dormir com esse tempo?"
Para piorar, meus avós
não tinham ar-condicionado.
Embora eu tentasse o meu melhor,
nunca consegui convencer
os meus avós a comprarem um.
Mas isso está mudando, e depressa.
Os sistemas de resfriamento
representam atualmente 17%
de toda energia elétrica mundial.
Isso inclui desde os ares-condicionados,
que eu tanto queria nas minhas férias,
aos sistemas de resfriamento
que mantêm a comida segura e fria
nos supermercados,
aos sistemas de escala industrial
que mantêm centros de dados funcionando.
Ao todo, esses sistemas representam 8%
da emissão de gases do efeito estufa.
Mas o que não me deixa dormir
é que o consumo de energia
será seis vezes maior em 2050,
principalmente nos países
asiáticos e africanos.
Presenciei isso.
Quase todos os apartamentos
da vizinhança dos meus avós
têm ar-condicionado.
E isso é algo bom
para a saúde, o bem-estar
e a produtividade
das pessoas que vivem
em climas mais quentes.
Mas uma das coisas mais alarmantes
sobre as mudanças climáticas
é que quanto mais quente fica o planeta,
mais vamos precisar
de sistemas de resfriamento
que são grandes emissores
de gases do efeito estufa.
Isso tem o potencial de causar um ciclo,
em que os sistemas de resfriamento
podem se tornar a maior fonte
de emissão de gases do efeito estufa
no final do século.
No pior dos casos,
precisaremos de mais de 10 trilhões de kWh
de energia elétrica por ano,
apenas para resfriamento, até 2100.
Isso é metade do que consumimos hoje.
Só para resfriamento.
Mas isso também é
uma oportunidade incrível.
Uma melhoria de 10% ou 20%
na eficiência do sistema de resfriamento
poderia causar um enorme impacto
na emissão de gases do efeito estufa,
hoje e no fim do século.
E nos ajudaria a reverter
o pior dos cenários.
Sou um cientista que pensa
muito sobre luz e calor,
principalmente em como novos materiais
podem alterar a circulação
desses elementos básicos da natureza
de formas que nunca imaginamos antes.
Apesar de sempre entender
o valor do resfriamento
durante as minhas férias,
acabei trabalhando nesse problema
por causa de um problema
bem complicado seis anos atrás.
Como os antigos faziam gelo
em climas desérticos?
Essa é uma casa de gelo,
também chamada de Yakhchal,
localizada no sudoeste do Irã.
Existem dezenas de estruturas
em ruínas como essa no Irã,
e construções similares
ao longo do Oriente Médio
até à China.
As pessoas que trabalhavam
nessa casa de gelo muitos séculos atrás
despejavam água na piscina à esquerda
durante as primeiras horas
do anoitecer, ao pôr do sol.
E algo incrível acontecia.
Embora a temperatura
estivesse acima de zero,
algo próximo de 5 ºC,
a água congelava.
Então o gelo produzido
era coletado de manhã cedo
e armazenado na construção à direita,
durante todos os meses de verão.
Você já viu algo muito semelhante
se observou a geada se formando
em uma noite de céu aberto,
mesmo quando a temperatura
estava bem acima de zero.
Mas espere.
Como a água congela
se a temperatura está acima de zero?
Talvez a evaporação tenha contribuído,
mas não teria sido suficiente
para transformar a água em gelo.
Alguma outra coisa a congelou.
Imagine uma torta esfriando
no parapeito da janela.
Para esfriar, o calor precisa
fluir para um lugar mais frio,
isto é, para o ar ao seu redor.
Embora pareça improvável,
o calor daquela piscina de água está
fluindo para o frio do espaço.
Como isso é possível?
Veja, a piscina de água,
como muitos materiais naturais,
emite calor pela luz.
Esse conceito é conhecido
como radiação térmica.
Todos nós emitimos calor
por luz infravermelha,
um para o outro e para o ambiente.
Podemos visualizar isso
através de câmeras térmicas,
que produzem imagens
como esta que estou mostrando.
Aquela piscina de água está emitindo calor
para a atmosfera.
A atmosfera e suas moléculas
absorvem o calor e o enviam de volta.
Esse é o efeito estufa responsável
pelas mudanças climáticas.
Mas há algo fundamental a ser entendido.
A nossa atmosfera
não absorve todo o calor.
Se fizesse isso, o planeta
seria bem mais quente.
Em alguns comprimentos de onda,
particularmente entre 8 e 13 micrômetros,
a nossa atmosfera tem
uma janela de transmissão.
Essa janela permite que um pouco do calor
emitido por luz infravermelha escape,
levando embora o calor da piscina,
indo para um lugar que é muito mais frio,
o frio da atmosfera superior
até o espaço,
onde o frio chega a -270 ºC.
A piscina consegue emitir mais luz ao céu
do que este emite de volta.
E por causa disso,
a piscina fica mais fria
que a temperatura ao seu redor.
Esse efeito é conhecido
como resfriamento radiante noturno
ou resfriamento radiante.
E os cientistas e os meteorologistas
sempre o consideraram
um fenômeno natural muito importante.
Quando soube disso,
já estava no fim do meu PhD em Stanford.
Fiquei maravilhado com a simplicidade
do método de resfriamento,
e também muito confuso.
Por que não fazemos uso disso?
Os cientistas e os engenheiros
investigaram essa ideia
nas décadas anteriores.
E um grande problema foi descoberto.
Havia uma razão para o nome
"resfriamento radiante noturno".
Por quê?
É uma pequena coisa chamada Sol.
A superfície que está sendo resfriada
precisa estar a céu aberto.
E durante o meio do dia,
se quisermos esfriar algo,
o sol estará lá em cima, infelizmente.
E o sol aquece a maioria dos materiais
suficientemente para impedir
o efeito de resfriamento.
Eu e meus colegas gastamos o nosso tempo
pensando em como construir materiais
em escalas bem pequenas
para que coisas novas e úteis
sejam feitas com a luz,
escalas que são bem menores
que o comprimento da luz.
Com a ajuda de áreas da nanofotônica
e de pesquisas em metamaterias,
percebemos que existe um jeito
de tornar isso possível durante o dia
pela primeira vez.
Então, criei um material
óptico de multicamadas,
que pode ser visto nesta imagem.
Ele é 40 vezes mais fino
que um fio de cabelo
e consegue fazer duas coisas
ao mesmo tempo.
Primeiro, ele libera seu calor
exatamente onde a nossa atmosfera
permite que esse calor escape melhor.
Voltamos a janela para o espaço.
Segundo, o sol não consegue aquecê-lo.
É um ótimo espelho para o sol.
Testei isso pela primeira vez
no telhado de Stanford,
que estou mostrando aqui.
Deixei o equipamento
do lado de fora por um tempo,
voltei após alguns minutos
e, no mesmo instante, vi que funcionava.
Como?
Toquei nele e estava frio.
(Aplausos)
Apenas para enfatizar o quão
estranho e contraintuitivo é isso:
esse material e outros similares
ficam mais gelados
quando não estão na sombra,
mesmo se o sol estiver
brilhando sobre ele.
Esses dados são do primeiro experimento,
onde o material ficou 5 ºC mais frio
que a temperatura do ar,
mesmo com o sol brilhando
diretamente nele.
O processo de fabricação que usamos
para fazer esse material
já existe em grande escala.
Eu fiquei empolgado
não apenas porque estamos
fazendo algo bacana,
mas porque talvez tenhamos a oportunidade
de fazer algo efetivo e também útil.
O que me leva à próxima questão:
como economizar energia com essa ideia?
Acreditamos que o jeito mais direto
de economizar energia com essa tecnologia
é por um aumento de rendimento
para os ares-condicionados
e os sistemas de resfriamento.
Para isso, criamos painéis
com fluido de resfriamento,
como esses aqui.
Esses painéis são similares
aos painéis solares,
só que fazem o contrário:
esfriam a água usando
o nosso material específico.
Os painéis podem ser integrados
com um componente
comum em sistemas
de resfriamento, um condensador,
que reforça a eficiência
básica do sistema.
A nossa startup, SkyCool Systems,
fez recentemente um ensaio
de campo em Davis, na Califórnia.
Nessa demonstração,
demonstramos que poderíamos
melhorar a eficiência
do sistema de resfriamento em 12%.
Nos próximos anos,
estou bem animado em ver
as primeiras unidades em escala comercial
para refrigeração e ar-condicionado.
No futuro, talvez possamos
desenvolver esses painéis
com uma eficiência mais alta,
construindo sistemas de resfriamento
com uma redução do consumo
de energia em dois terços.
E finalmente, talvez possamos
construir um sistema de resfriamento
que não precise de energia elétrica.
Dando um primeiro passo nesse sentido,
eu e meus colegas de Stanford
demonstramos que é possível manter
algo mais de 42 ºC abaixo
da temperatura do ar
com mais desenvolvimento.
Obrigado.
(Aplausos)
Então apenas imagine
algo que está abaixo de zero
em um dia quente de verão.
Apesar de estar bem animado
sobre as possibilidades de resfriamento,
e acho que ainda há muito para se fazer,
como cientista, estou mais atraído
a uma grande oportunidade
que esse trabalho evidencia.
Podemos usar a fria escuridão do espaço
para melhorar a eficiência
de cada processo do planeta
que envolva energia.
Um deles é a célula solar.
Elas se aquecem sob o sol
e quanto mais quente ficam
menos eficientes são.
Em 2015,
demonstramos que, com microestruturas
em cima de uma célula solar,
poderíamos nos beneficiar
do efeito de resfriamento
para manter uma célula solar
em uma temperatura mais baixa.
Isso permite que a célula
seja mais eficiente.
Estamos examinando
mais a fundo essas oportunidades.
Nos perguntamos se podemos
usar o frio do espaço
para nos ajudar com a conservação da água,
ou talvez com sistemas
independentes de energia.
Talvez até seja possível
gerar energia com esse frio.
Existe uma grande diferença
de temperatura entre a Terra
e o frio do espaço.
Essa diferença, teoricamente,
poderia impulsionar um motor térmico
para gerar eletricidade.
Podemos então fazer um dispositivo
com geração de energia à noite
que produza quantidade
suficiente de eletricidade
no lugar das células solares?
Podemos gerar luz da escuridão?
Para isso acontecer,
é essencial saber como lidar
com a radiação térmica
que está ao nosso redor.
Somos constante banhados
por luz infravermelha.
Se pudéssemos controlá-la,
poderíamos mudar os fluxos
de calor e de energia
que estão difundidos
ao nosso redor todos os dias.
Essa habilidade e a fria
escuridão do espaço
nos apontam um futuro
onde nós, como civilização,
possamos lidar de modo mais inteligente
com a nossa pegada de energia térmica
em grande escala.
Conforme confrontamos
as mudanças climáticas,
acredito que essa habilidade
vai se revelar indispensável.
Então, na próxima vez
que você andar por aí,
sinta-se impressionado com a importância
do sol para a vida na Terra,
mas não se esqueça que o resto do céu
também tem algo a nos oferecer.
Obrigado.
(Aplausos)
В детстве я каждое лето
улетал из родной Канады
в гости к бабушке и дедушке
в Индию, в город Мумбаи.
В Канаде лето довольно умеренное:
средняя температура днём
около 22 градусов по Цельсию
или 72 градусов по Фаренгейту,
и не слишком жарко.
А вот в Мумбаи очень жарко и влажно,
хорошо за 30 градусов по Цельсию
или за 90 градусов по Фаренгейту.
Прилетая туда, я спрашивал себя:
«Как можно жить, работать
и спать в такую погоду?»
К тому же в доме у бабушки
и дедушки не было кондиционера.
И, несмотря на все мои старания,
я так и не смог уговорить их
его приобрести.
Но ситуация меняется, причём очень быстро.
Сегодня на работу систем охлаждения
уходит 17 процентов
используемого электричества во всём мире.
К ним относятся и кондиционеры,
которых мне так отчаянно не хватало
во время летних каникул,
и холодильные системы,
которые не дают нашей еде испортиться
в супермаркетах,
и системы промышленных масштабов
для поддержания центров обработки данных
в рабочем состоянии.
На все эти системы
приходится восемь процентов
глобальных выбросов парниковых газов.
Но вот что не даёт мне покоя:
к 2050 году расход электроэнергии
на охлаждение может вырасти в шесть раз,
главным образом из-за более широкого
распространения в странах Азии и Африки.
Я видел это своими глазами.
Почти в каждой квартире
в районе, где живёт моя бабушка,
теперь есть кондиционер.
И, конечно же, это хорошо
для здоровья, самочувствия
и работоспособности
жителей жарких стран.
Но в глобальном потеплении
наибольшую тревогу вызывает то,
что чем больше нагревается наша планета,
тем больше нам нужны системы охлаждения,
которые сами по себе являются крупными
источниками выбросов парниковых газов.
В итоге может образоваться порочный круг,
и системы охлаждения
сами станут одним из крупнейших
источников парниковых газов
к концу XXI века.
В худшем случае
к 2100 году нам нужно будет
каждый год тратить
более 10 триллионов киловатт-часов
электричества только на охлаждение.
Это половина всей нашей
электроэнергии сегодня.
Только на охлаждение.
Но этот же факт указывает нам
на удивительную возможность.
Повышение производительности каждой
системы охлаждения на 10–20 процентов
может значительно снизить
выброс парниковых газов,
как сегодня, так и к концу века,
и может помочь нам избежать
того самого порочного круга.
Я учёный и часто размышляю
о свете и тепле.
В частности, о том, как новые материалы
позволяют изменить ход
этих основных природных явлений так,
как раньше считалось невозможным.
И хотя ещё во время
своих летних каникул я понимал,
как много значит охлаждение,
на самом деле я стал работать
над этой проблемой
из-за головоломки, о которой
узнал лет шесть назад.
Как древние люди создавали лёд в пустыне?
Это ледяной дом,
он же «яхчал», который находится
на юго-западе Ирана.
Во всём Иране десятки руин таких домов,
также есть свидетельства подобных строений
и в других странах Ближнего Востока
вплоть до Китая.
Люди, много веков назад
работавшие в этом ледяном доме,
заливали воду в резервуар слева
ранним вечером, на закате солнца.
А потом происходило невероятное.
Несмотря на то, что температура
воздуха была выше нуля, —
скажем, пять градусов по Цельсию
или 41 градус по Фаренгейту, —
вода замерзала.
Получившийся лёд вынимали рано утром
и откладывали на хранение в здание справа
для использования в летние месяцы.
Возможно, вы и сами
наблюдали нечто подобное,
если замечали, как в ясную ночь
на земле образуется иней,
даже если температура воздуха
намного выше нуля.
Но постойте.
Как же вода замерзала
при температуре воздуха выше нуля?
Возможно, дело в испарении,
но одного испарения мало,
чтобы превратить воду в лёд.
Должно быть, воду охладило что-то другое.
Подумайте, как пирог
остывает на подоконнике.
Чтобы пирог остыл, его тепло
должно уходить туда, где холоднее.
А именно — в окружающий его воздух.
В это трудно поверить,
но тепло от воды из резервуара
уходит в холод космоса.
Как же это возможно?
Как и большинство природных
материалов, вода из резервуара
отдаёт своё тепло в качестве света.
Это явление называется
тепловым излучением.
Даже сейчас мы все отдаём тепло
в форме инфракрасного излучения
друг другу и окружающему миру.
Мы можем наглядно представить этот процесс
на съёмках с тепловых камер,
как на этом изображении.
Итак, тепло от воды из резервуара уходит
вверх по атмосфере.
Молекулы в атмосфере
поглощают часть этого тепла
и отдают его обратно.
По сути, это и есть парниковый эффект,
который в ответе за глобальное потепление.
Но вот самое главное, что нужно понимать.
Атмосфера не поглощает всё тепло,
иначе на нашей планете
было бы гораздо жарче.
На определённых длинах волн,
а именно в диапазоне
между восемью и 13 микронами,
наша атмосфера имеет
так называемое окно прозрачности.
Благодаря этому окну
часть тепла из инфракрасного света
фактически улетучивается,
унося с собой тепло воды из резервуара.
А улетучивается оно туда,
где очень, очень холодно:
в холод верхних слоёв атмосферы
и ещё дальше, в открытый космос,
где температура доходит
до -270 градусов по Цельсию
или -454 градусов по Фаренгейту.
Получается, что наш резервуар с водой
отдаёт в небо больше тепла,
чем получает от неба в ответ.
И именно поэтому
в резервуаре более низкая температура,
чем в его окружении.
Этот эффект известен как ночное охлаждение
или радиационное охлаждение.
Климатологи и метеорологи
всегда считали его
очень важным природным явлением.
Обо всём этом я узнал,
когда заканчивал писать
диссертацию в Стэнфорде.
Я был поражен кажущейся
простотой этого метода охлаждения,
а также весьма озадачен.
Почему мы этим не пользуемся?
В предыдущие десятилетия учёные и инженеры
исследовали эту идею.
Но обнаружилась как минимум
одна большая проблема.
Эффект назван «ночным
охлаждением» не просто так.
Почему же?
Всё дело в одной мелочи
под названием Солнце.
Чтобы поверхность могла охладиться,
она должна быть под открытым небом.
Но в середине дня,
когда нам больше всего
хочется чего-нибудь холодного,
на небе, к несчастью, светит солнце.
А солнце так нагревает
большинство материалов,
что полностью нейтрализует
охлаждающий эффект.
Мы с коллегами много думаем о том,
как строить материалы
в очень малых масштабах,
чтобы находить новое
и полезное применение свету —
в масштабах меньше,
чем длина волны самого света.
С помощью открытий из науки
под названием нанофотоника,
или исследование метаматериалов,
мы поняли, что у нас
впервые появилась возможность
сделать это днём.
Для этого я разработал
многослойный оптический материал,
показанный на этом изображении
из микроскопа.
Он более чем в 40 раз тоньше
человеческого волоса.
И он может делать две вещи одновременно.
Во-первых, он отдаёт своё тепло
именно туда, где оно лучше всего
рассеивается в атмосфере.
Наша цель — окно в космос.
Во-вторых, он не нагревается на солнце.
Он отлично отражает солнечный свет.
Впервые я протестировал
этот материал на крыше Стэнфорда,
которую вы видите на экране.
Я оставил там устройство
на несколько минут,
а когда подошёл к нему,
то в считанные секунды понял,
что оно работает.
Как?
На ощупь оно было холодным.
(Аплодисменты)
Просто подчеркну,
насколько это странно и нелогично:
этот и другие подобные ему материалы
остывают, если вынести их из тени,
несмотря на то, что на них светит солнце.
Здесь показаны результаты
самого первого эксперимента,
где материал оставался
на пять градусов по Цельсию
или на девять градусов по Фаренгейту,
холоднее температуры воздуха,
хотя находился под прямыми
солнечными лучами.
Метод изготовления этого материала,
который использовали мы,
на самом деле уже существует
в крупных масштабах.
Поэтому я очень обрадовался,
ведь мы не только делаем что-то классное,
но у нас появилась возможность
сделать что-то по-настоящему полезное.
Отсюда следует ещё один важный вопрос.
Как эта идея помогает
экономить электроэнергию?
Мы считаем, что наша технология напрямую
помогает сэкономить электроэнергию,
повысив производительность
нынешних кондиционеров
и холодильных систем.
Для этого мы сделали
панели жидкостного охлаждения,
как те, что показаны здесь.
По форме эти панели похожи
на солнечные нагреватели,
но их функция противоположна —
они пассивно охлаждают воду
с помощью нашего специального материала.
Затем в эти панели
можно встроить конденсатор,
который есть почти в каждой
системе охлаждения,
чтобы улучшить
её общую производительность.
Наш стартап, SkyCool Systems,
недавно закончил полевые испытания
в Дэвисе, Калифорния, что показано здесь.
В этой демонстрации
мы показали, что можем
улучшить производительность
этой системы охлаждения в поле
на целых 12 процентов.
В следующие год–два
мне не терпится увидеть
наш первый выход на массовый рынок
в области и кондиционеров,
и холодильной техники.
Возможно, в будущем
мы сможем встраивать такие панели
в более мощные системы охлаждения,
тем самым снизив расход
электроэнергии на две трети.
И, быть может, мы дойдём до того,
что изобретём систему охлаждения,
для работы которой
вообще не потребуется электричество.
В качестве первого шага к этому
мы с коллегами в Стэнфорде
продемонстрировали,
что с лучшей техникой
можно поддерживать температуру,
более чем на 42 градуса по Цельсию
ниже температуры воздуха.
Спасибо.
(Аплодисменты)
Только представьте —
что-то очень холодное
в жаркий летний день.
И хотя я очень рад тому,
чего мы можем добиться в охлаждении, —
и, я думаю, нам ещё многое
предстоит сделать, —
как учёного, меня привлекает
более глубокая возможность,
которая отражается в этой работе.
Мы можем использовать
холодную тьму космоса,
чтобы повысить эффективность
всего на Земле,
что связано с электроэнергией.
В частности, я бы хотел поговорить
о солнечных батареях.
Они нагреваются на солнце,
и чем горячее становятся,
тем менее эффективны.
В 2015 году мы показали,
как определённые виды микроструктур
поверх солнечной батареи
помогают нам лучше использовать
охлаждающий эффект
и пассивно поддерживать более низкую
температуру солнечной батареи.
Это обеспечивает более
эффективную работу батареи.
Мы продолжаем изучать такие возможности.
Мы задумываемся об использовании
космического холода
для экономии водных ресурсов.
Или в работе автономных
систем электроснабжения.
Возможно, с этим холодом мы даже сможем
напрямую создавать электроэнергию.
Существует огромная разница
в температурах между нами на Земле
и в холодном космосе.
Эту разницу, по крайней мере в теории,
можно использовать в работе
теплового двигателя,
чтобы производить электричество.
Тогда возможно ли
изобрести ночное устройство,
которое производило бы
достаточно электроэнергии,
когда солнечные батареи не работают?
Возможно ли производить свет из тьмы?
В сердце этой способности —
возможность управлять
тепловым излучением вокруг нас.
Мы постоянно окутаны инфракрасным светом;
подчинив его своей воле,
мы бы коренным образом
изменили потоки тепла и энергии,
которые ежедневно пронизывают наш мир.
Вместе с холодной тьмой космоса
такая способность
указывает на будущее, где наша цивилизация
может более разумно управлять
своим следом тепловой энергии
в самых крупных масштабах.
Я думаю, что в борьбе с изменением климата
такая способность в нашем арсенале
окажется жизненно необходимой.
Итак, когда вы в следующий раз
будете гулять по улице,
конечно, восхищайтесь важностью солнца
для самой жизни на земле,
но не забывайте, что и остальному небу
есть что нам предложить.
Спасибо.
(Аплодисменты)
Сваког лета, док сам одрастао,
летео сам из Канаде, где живим,
да посетим баку и деку
који су живели у Мумбају у Индији.
Лета у Канади су прилично блага,
око 22°C или 72°F
и то је типичан летњи дан,
не превише врео.
Мумбај је, међутим, врело и влажно место,
знатно изнад 30 степени целзијуса,
или 90 степени фаренхајта.
Чим бих стигао, питао бих:
,,Како ико може да живи, ради
или спава по оваквом времену?"
Што је још горе, бака и дека
нису имали клима-уређај.
Мада сам се трудио много,
никад нисам успео да их убедим да га купе.
Али то се мења, и то брзо.
Данашњи расхладни уређаји
свеукупно имају учешће од 17 посто
у светској потрошњи струје.
Ово обухвата све, од клима-уређаја
за којим сам очајно жудeо
током летњих распуста,
до расхладних система
који чувају и хладе храну
у супермаркетима,
па до система на индустријском нивоу
који одржавају функционалним
центре за управљање подацима.
Они заједно учествују
са 8 посто у емисији гасова
који стварају ефекат стаклене баште.
Брине ме то што се потрошња
енергије за хлађење
може увећати шест пута до 2050. године,
првенствено због повећане употребе
у азијским и афричким земљама.
Ово сам видео из прве руке.
Скоро сваки стан око бакиног
сада има клима-уређај.
Недвосмислено, ово је добра ствар
за здравље, добробит и продуктивност
оних који живе у подручјима
са топлијом климом.
Међутим, једна од најалармантнијих ствари
у вези са климатским променама је да,
што се наша планета више загрева,
требаће нам све више расхладних система,
система који много доприносе
ефекту стаклене баште емисијом гасова.
Ово може довести до затвореног круга,
где би сами расхладни системи
могли постати највећи извори
ефекта стаклене баште
крајем овог века.
У најгорем случају
требало би нам 10 билиона
киловат сати годишње,
само за расхлађивање, до 2100. године.
То је половина данашњег снабдевања
електричном енергијом.
Само за расхлађивање.
Али ово нам такође указује
на једну невероватну могућност.
Побољшање ефикасности
расхладних система за 10 до 20 посто
могао би имати огроман утицај
на емисију гасова,
како данас, тако и крајем овог века.
То би нам помогло да спречимо
најгори случај затвореног круга.
Ја сам научник који много размишља
о светлости и топлоти.
Конкретно о томе, како нам нови материјали
дозвољавају да изменимо ток
базичних елемената природе
на начин који се некад чинио немогућим.
Увек сам разумео вредност расхлађивања
током летњих распуста,
а заправо се напрежем
да решим овај проблем,
на шта ме је потакла једна интелектуална
загонетка пре шест година.
Како су древни народи умели да праве лед
у пустињској клими?
Ово је слика једне ледаре
која се зове Јакчал и налази се
на југозападу Ирана.
Постоје рушевине оваквих грађевина
широм Ирана,
са подацима о сличним грађевинама
широм Средњег истока,
све до Кине.
Људи који су управљали овом ледаром
пре много векова,
сипали би воду у базен са леве стране
у раним вечерњим сатима по заласку сунца.
Онда се десило нешто запањајуће.
Мада је температура ваздуха
била изнад смрзавања,
можда 5 °C или 41 °F,
вода би се замрзла.
Нагомилани лед се сакупљао
у раним јутарњим сатима
и складиштио се у овој згради десно,
за употребу током летњих месеци.
Вероватно сте видели да се слично одиграва
кад приметите иње при тлу
кад је ведра ноћ,
иако је температура ваздуха
изнад тачке замрзавања.
Али чекајте.
Како то да се вода замрзава
иако је температура у плусу?
Можда је то утицај испаравања,
али то није довољно
да се вода претвори у лед.
Мора да је нешто друго охладило воду.
Замислите да се пита хлади на прозору.
Да би се охладила, њена врелина
мора да струји негде где је хладније.
То јест, у ваздух који је окружује.
Колико год невероватно звучало,
топлота воде из базена струји
у хладан свемир.
Како је то могуће?
Тако, што тај базен са водом,
као већина природних материјала,
зрачи своју топлоту као светлост.
То је концепт топлотног зрачења.
Управо сада сви зрачимо нашу топлоту
као инфрацрвено светло,
како према другима, тако и у околину.
Ово се може визуелизовати
термалним камерама
које производе овакве слике.
Базен са водом шаље своју топлоту
горе у атмосферу.
Атмосфера и молекули у њој
апсорбују нешто од те топлоте
и враћају је назад.
То је ефекат стаклене баште
који је одговоран за климатске промене.
Али има једна кључна ствар
коју треба разумети.
Атмосфера не апсорбује сву топлоту.
Кад би било тако,
планета би била много топлија.
На одређеним таласним дужинама,
посебно између 8 и 13 микрона,
атмосфера поседује такозвани
прозор за пренос.
Тај прозор омогућава топлоти
које се диже као инфрацрвено светло
да побегне, односећи топлоту из базена.
А нестаје ка месту
које је много, много хладније.
Хладноћа горње атмосфере
и читавог свемира
може достићи -270 °C,
односно -454 °F.
Тај базен са водом може да пошаље
више топлоте према небу,
него што небо може да врати.
Зато ће се
базен расхладити на нижу
температуру од околне.
То је такозвано ноћно хлађење
или радијативно хлађење.
Климатолози и метеоролози одувек сматрају
да је то веома важна природна појава.
На ову појаву сам наишао
при крају докторских студија на Станфорду.
Био сам запањен колико је ово
једноставна метода хлађења,
а још увек загонетна.
Зашто није у употреби?
Научници и инжењери су претходних деценија
истраживали ову идеју.
Али појавио се најмање
један велики проблем.
Не назива се без разлога ноћно хлађење.
Зашто?
Због стварчице која се зове сунце.
Површина која се излаже хлађењу
мора бити окренута небу.
А средином дана,
када бисмо хтели да нешто
охладимо што је могуће више,
на жалост гледамо у сунце.
Сунце загрева ствари
толико, да се потпуно
супротставља ефекту хлађења.
Провео сам много времена са колегама
да бисмо створили материјал
који ће на малом опсегу
учинити нешто ново и корисно са светлошћу:
на таласној дужини која је мања
од таласне дужине светлости.
Увидом у нанофотонику,
то јест у истраживање метаматеријала,
схватили смо да мора постојати начин
да се ово постигне
по први пут, дању.
Зато сам дизајнирао
вишеслојни оптички материјал
који је на овој микроскопској слици.
Тањи је од људске длаке 40 пута.
Може да уради две ствари истовремено.
Прво, пропушта топлоту
баш тамо, где атмосфера
најбоље пропушта топлоту.
Усмерили смо га на прозор за свемир.
Друго, не загрева се на сунцу.
Врло добро рефлектује сунчеву светлост.
Први пут сам га тестирао
на крову Станфорда,
ево, видите.
На кратко сам оставио уређај,
а кад сам се после неколико минута вратио,
одмах сам схватио да ради.
Како?
Пипнуо сам га и био је хладан.
(Аплауз)
Нагласио бих колико је ово
чудно и нелогично,
јер материјали слични овом
биће још хладнији
када их извадимо из сенке,
без обзира што их обасјава сунце.
Ево податка од првог експеримента,
где је материјал остао 5 °C хладнији,
или 9 °F, него температура ваздуха,
иако је био изложен сунцу директно.
Производна технологија материјала
већ увелико постоји.
Заиста сам био узбуђен,
не само зато што смо направили нешто кул,
већ зато што имамо могућности
да урадимо нешто стварно и корисно.
То ме доводи до следећег питања:
како може да се уштеди енергија
овом идејом?
Мислимо да је најдиректнији начин
повећањем ефикасности клима уређаја
и расхладних система.
Зато смо створили течне расхладне панеле
као ове овде.
Имају исти облик као соларни грејачи воде,
осим што раде супротно: пасивно хладе воду
користећи наш специјализовани материјал.
Панели могу бити уграђени
са кондензатирима,
што скоро сваки расхладни систем има,
да побољшају основну ефикасност система.
Наша стартап фирма, Скајкул Системс,
недавно је завршила пробу на терену
у Дејвису у Калифорнији, као што видите.
Том пробом смо показали
да можемо повећати ефикасност
расхладног система за 12 посто.
Током следећих годину-две
једва чекам да се ово комерцијализује
на пољу климатизације
и расхладних уређаја.
У будућности могли бисмо
уградити овакве панеле
у системе са већом ефикасношћу хлађења,
да бисмо смањили потрошњу енергије
за две трећине.
На крају, могли бисмо изградити
расхладне системе
који уопште не би користили струју.
Као прве кораке ка томе,
моје колеге са Станфорда и ја
показали смо да можете нешто одржати
на 42 °C испод температуре ваздуха,
са бољим техничким решењима.
Хвала лепо.
(Аплауз)
Замислите само
да је нешто испод тачке замрзавања
у врелом, летњем дану.
Веома сам усхићен свиме
што можемо чинити за расхлађивање,
мислим да још много тога има да се уради,
а као научника вуче ме још дубља могућност
онога, што мој рад истиче.
Можемо искористити хладну таму свемира
да бисмо побољшали ефикасност
сваког енергетског процеса на земљи.
Један такав процес који бих истакао
су соларне ћелије.
Загревају се на сунцу
и што су врелије, све су мање ефикасне.
2015. смо показали да одређеним
микроструктурама
на површини ћелија
можемо боље искористити ефекат хлађења,
да бисмо одржали ћелију пасивном
на нижој температури.
То омогућава ћелији ефикаснији рад.
И надаље испробавамо ове могућности.
Питамо се, може ли се употребити
хладноћа из свемира
у очувању водених ресурса.
Или за производњу енергије
независно од мреже.
Можда можемо директно произвести струју
помоћу ове хладноће.
Велика је разлика у температури
између земље и свемира.
Та разлика, макар идејно,
могла би покретати неку грејну машину
за производњу струје.
Да ли бисмо могли онда направити
уређај за прозводњу енергије
који би производио струју ноћу,
када соларне ћелије не раде?
Можемо ли произвести светлост из таме?
Централно питање је управљање
термалном радијацијом која нас окружује.
Непрестано се купамо
у инфрацрвеној светлости.
Ако бисмо је потчинили нашој вољи,
могли бисмо из основа променити
ток топлоте и енергије
која се прожима око нас свакодневно.
Ова способност, удружена
са хладном тамом свемира,
показује нам будућност где бисмо,
као цивилизација, управљали
нашим енергетским отиском интелигентније,
на највишем нивоу.
Пошто се суочавамо
са климатским променама,
верујем да ће се показати
да ће то бити наше најбитније оруђе.
Следећи пут, док се шетате напољу,
дивите се сунцу, колико је оно
суштинско за живот на земљи,
али не заборавите да и остатак неба
има нешто да нам понуди.
Хвала.
(Аплауз)
Büyürken her yaz,
yaşadığım yer olan Kanada'dan
büyüklerimi ziyaret etmek için
Mumbai, Hindistan'a uçardım.
Şimdi, yazları Kanada havası
oldukça ılımandır,
22 santigrat derece ya da 72 fahrenheit,
tipik bir yaz günüdür
ve fazla sıcak da değildir.
Diğer yandan, Mumbai sıcak ve nemlidir.
30 santigrat derece ya da
90 fahrenheit civarı.
Varır varmaz şunu sorardım;
bu havada insan nasıl yaşayabilir,
çalışabilir ya da uyuyabilir ki?
İşin daha da kötüsü,
büyükannemlerin kliması yoktu.
Ne kadar denersem deneyeyim,
onları asla bir klima
almaya ikna edemedim.
Ama bu değişiyor
ve üstelik hızlı bir şekilde.
Soğutma sistemleri,
günümüzde harcadığımız elektriğin
%17'lik kısmına denk geliyor.
Bu yaz tatillerimde umutsuzca istediğim
klimaların hepsini içeriyor,
yiyeceklerimizi soğuk ve güvenli
tutan soğutuculardan
süpermarketlerimizden
veri merkezlerimizi çalışır hâlde tutan
endüstriyel ölçekli sistemlere.
Bu sistemler, küresel sera gazı
emisyonunun
%8'lik kısmını oluşturuyor.
Ama benim uykularımı kaçıran şey
soğutma için kullandığımız enerjinin
2050 yılında altı katına çıkması,
öncelikli olarak da Asya ve Afrika'da
kullanımın artmasıyla.
İlk elden gördüm.
Büyükannemlerin evinin civarında
neredeyse her evde soğutma sistemi var.
Ve empati yapacak olursak
sıcak iklimlerde yaşayan
insanların sağlığı,
refahı ve verimliliği için
iyi bir şey.
İklim değişikliğiyle ilgili
en endişe verici şey;
gezegenimiz ısındıkça
daha fazla soğutma sistemine
ihtiyaç duymamız--
kendileri de büyük sera gazı emisyonları
yayan sistemler.
Bu, soğutma sistemlerinin tek başına
bu yüzyılın en büyük
sera gazı kaynaklarımızdan
biri olabileceği
bir dönüt döngüsüne
neden olma potansiyeline sahiptir.
En kötü senaryoda,
her yıl 10 trilyon kilovat saatten fazla
elektrik ihtiyacımız olabilir,
üstelik bu 2100 yılında
sadece soğutma için gerekli.
Bu şu anki elektrik arzımızın yarısı.
Sadece soğutma için.
Ama bu aynı zamanda bize
çok önemli bir fırsatı da gösteriyor.
Her soğutma sisteminin verimliliğindeki,
%10-20'lik iyileştirme,
sera gazı emisyonunda
oldukça büyük bir etki yaratabilir,
bu hem bugün hem de
gelecek yüzyıllar için geçerli.
Ve bu en kötü durum geri bildirimini
engellememize yardımcı olabilir.
Işık ve ısıya fazla kafa yoran
bir bilim adamıyım.
Özellikle, bir zamanlar
imkânsız olarak düşündüğümüz şekillerde,
yeni materyallerin doğanın
bu temel unsurlarını değiştirmemize
nasıl izin verdiğiyle ilgili.
Yaz tatilimde soğutmanın değerini anlarken
bir yandan da aslında
bu problem üzerinde çalışıyordum,
çünkü altı yıl önce bir bulmacayla
karşılaştım.
Eski zamanlarda insanlar çöl ikliminde
nasıl buz yapabiliyordu?
Bu bir buz deposunun fotoğrafı,
İran'ın güneybatısından.
Yakhchal olarak da adlandırılır
İran boyunca, bu tür yapıların
düzinelerce kalıntıları var.
Üstelik Ortadoğu'nun geri kalanında
ve Çin'e kadar tüm yollarda
benzer kalıntılar var.
Yüzyıllar önce bu buz deposunu
yapan insanlar,
solda gördüğünüz havuza
günün erken saatlerinde su taşırdı.
Daha sonra inanılmaz bir şey oldu.
Hava donma derecesinden yüksek olsa da
örneğin 5 santigrat derece ya da
41 fahrenheit,
su donardı.
Oluşan buz sabahın erken
saatlerinde toplanıp,
sağda gördüğünüz binada
kullanılmak üzere saklanır
ve bu tüm yaz ayı boyunca yapılır.
Hava sıcaklığının
çok yüksek olduğu durumlarda bile,
açık bir gecede zeminde
donu fark ettiyseniz,
çok benzer bir şey görmüşsünüzdür.
Ama bekleyin.
Hava donma derecesinin üzerindeyse
su nasıl dondu?
Buharlaşma bir etken olabilir
ama bu suyun buza dönüşmesi
için yeterli değil.
Bunu başka bir şey soğutmuş olmalı.
Pencere pervazında soğumaya bırakılmış
bir turta düşünün.
Soğuyabilmesi için, ısısının daha serin
bir yere akması gerekir.
Yani onu çevreleyen havanın.
İnanılması güç gibi gelse de
bu su havuzu için ısı aslında,
uzayın soğukluğuna akıyor.
Bu nasıl mümkün olabilir?
Bu su havuzu
çoğu doğal materyal gibi
ısısını ışık olarak yayar.
Bu termal radyasyon olarak bilinir.
Aslında hepimiz ısımızı birbirimize
ve etrafımıza kızıl ötesi ışın olarak
gönderiyoruz.
Aslında termal kameralarla
bunu gözlemliyoruz
ve şu an size gösterdiklerim gibi
fotoğraflar elde ediyoruz.
Yani bu su havuzu ısısını
atmosfere doğru gönderiyor.
Atmosfer ve içindeki moleküller
bu ısının bir kısmını emiyor ve
geri gönderiyor.
İklim değişikliğinden sorumlu
sera gazının sebebi de bu.
Ama anlamamız gereken esas şey şu:
Atmosferimiz, bu ısının hepsini emmiyor.
Eğer yapsaydı, çok daha sıcak bir
gezegenimiz olurdu.
Bazı dalga boylarında,
özellikle 8 ve 13 mikron arası,
atmosferimiz iletim penceresi
görevi görür.
Bu pencere ısının bir bölümünün
kızılötesi olarak
havuzun ısısından taşınmasını sağlar.
Ve çok daha soğuk bir yere taşınır.
Bu üst atmosferin soğuğu ve
eksi 270 santigrat derece
veya eksi 454 derece Fahrenheit
kadar soğuk olabilen dış uzaya kadar.
Yani bu havuz gökyüzünün
yere geri gönderdiğinden
daha fazla ısıyı gökyüzüne gönderiyor.
Ve işte bu yüzden,
havuz çevrenin sıcaklığı altında
soğumaktadır.
Bu etki gece serinliği ya da
radyasyonel soğuma olarak bilinir.
Ve bu iklim bilimciler
ve meteorolojistler
tarafından doğal bir fenomen olarak
kabul görür.
Tüm bunlarla karşılaştığımda,
Stanford'daki doktoramın sonlarına
yaklaşmıştım.
Ve bir soğutma metodu olarak basitliği
karşısında hayrete düşmüş
ve oldukça şaşırmıştım.
Peki bizler neden bundan yararlanmıyoruz?
Bilim insanları ve mühendisler,
bu fikri geçtiğimiz
on yılda inceledi.
Ama son bir büyük problem ortaya çıkmış.
Buna gökyüzü soğutması adının verilmesinin
bir nedeni var.
Peki neden?
Güneş denilen küçük bir şey.
Soğutmayı yapan yüzeyin
gökyüzüne dönük olması gerekir.
Ve günün ortasında
soğuk bir şeyi en çok istediğimiz zamanda,
maalesef, bu güneşe bakacaksınız demektir.
Ve güneş çoğu materyali bu soğutma
etkisini kaybedecek şekilde ısıtır.
İş arkadaşlarım ve ben
zamanımızın çoğunu
materyalleri çok küçük ölçeklerde
nasıl boyutlandıracağımız
ve ışığın dalga boyundan
daha küçük
ışık-uzunluk ölçekleriyle
yeni ve kullanışlı şeyler
yapacağımız üzerinde
düşünerek geçiriyoruz.
Bu alandaki bilgileri kullanarak
nanofotonik bilimi ya da
metamateryal araştırması olarak bilinir,
bunu gün içerisinde kullanmanın
bir yolu olabileceğini
ilk defa keşfettik.
Bunu yapmak için
burada mikroskobik görüntüsü olan
çok katlı bir optik materyal tasarladım.
Bu insan saçından 40 kat daha ince.
Ve aynı anda iki şeyi yapabilir.
İlk, ısıyı atmosferimizin göndermeye
izin verdiği en iyi yere gönderir.
Uzaya bir pencere hedefledik.
İkincisiyse, güneşten ısı alır.
Güneş ışığını yansıtmak için
çok iyi bir aracı.
Bunu ilk test ettiğimde size
burada gösterdiğim gibi
Stanford'da çatı katındaydım.
Cihazı bir süreliğine bıraktım
ve birkaç dakika ona doğru
yürüdükten sonra
birkaç saniye içinde
çalıştığını biliyordum.
Peki nasıl?
Dokundum ve soğuğu hissettim.
(Alkışlar)
Bunun ne kadar tuhaf ve mantıksız
olduğunu anlamanız için şuna bakın,
bu ve bunun gibi materyaller
gölgeden alındıklarında daha da soğur
hatta güneş ışığına maruz kalsalar bile.
Size ilk deneylerimizden
bir veri gösteriyorum,
burada materyal 5 dereceden fazla
bir ısıya maruz kalıyor
ya da hava sıcaklığından
9 fahrenheit daha soğuk
ve güneş ışığı üzerine vuruyor.
Bu materyali yapmak için kullandığımız
üretim metodu,
büyük hacimli ölçeklerde hâlihazırda var.
Oldukça heyecanlıydım,
sadece çok havalı bir şey
yaptığımız için değil
aynı zamanda gerçek ve işe yarar bir şey
yapma fırsatı da elde etmiştik.
Bu beni bir sonraki
büyük soruya götürdü.
Bu fikirle nasıl enerji tasarrufu yaparız?
Bu teknolojiyle
enerji tasarrufu yapmanın en direkt
yolunun bugünkü havalandırma
ve soğutma sistemlerinin
etkinliğini artırmak olduğuna inanıyoruz.
Bunu yapmak için
burada gördüğünüz gibi
sıvı soğutma panelleri yaptık.
Bu paneller güneş enerjili su ısıtıcısına
benzer şekilde
ama işlevleri tam tersi,
suyu soğutmak için varlar,
bunu da bizim özel materyalimizle
yapıyorlar.
Bu paneller her soğutma sisteminde bulunan
kondansatör ile birleştirilip
sistemin altında yatan
verimliliği artırabilir.
Bizim başlangıcımız, SkyCool Sistemleri
burada gösterdiğim Kaliforniya, Davis'de
saha denemelerini tamamladı.
Bunu kanıtlayarak
gerçekten de bu soğutma sisteminin
verimliliğini
%12 kadar geliştirebileceğimizi
gösterdik.
Gelecek 1 ya da 2 yıl boyunca,
ilk ticari ölçekli denemelerini
hem iklimlendirme
hem de soğutma alanında
görmeyi heyecanla bekliyorum.
Gelecekte, bu tip panelleri
daha verimli soğutma sistemleriyle
birleştirerek
enerji tüketimini
üçte iki oranında azaltabiliriz.
Sonuç olarak, elektrik gerektirmeyen
bir soğutma sistemi inşa edebiliriz.
Bunun için ilk adım olarak,
Stanford'daki arkadaşlarım ve ben
daha iyi bir müdendislikle
eksi 42 santigrat dereceden
fazlasında bunu
yapabileceğimizi gösterdik.
Teşekkürler.
(Alkışlar)
Şunu bir hayal edin...
Sıcak bir yaz gününde
donma derecesinin altında bir şey.
Soğutma için yapabileceğimiz şeylerle
ilgili çok heyecanlıyım
ve hâlâ yapılması gereken çok şey
olduğunu düşünüyorum,
bir bilim insanı olarak, bu çalışmanın
öne çıkardığına inandığım
büyük bir fırsata yöneldim.
Uzayın soğuk karanlığını kullanarak
dünyada her enerji bağımlı sürecin
verimliliğini artırabiliriz.
Vurgulamak istediğim süreçlerden
birisi güneş pilleri.
Güneşin altında ısınıyor
ve ne kadar ısınırlarsa
o kadar verimsiz hâle geliyorlar.
2015'de, bir güneş pilinin üzerindeki
mikroyapı çeşitleri
üzerinde yaptığımız çalışmalarda
bir güneş pilini daha düşük sıcaklıkta
tutmak için
bu soğutma etkisinden
daha iyi yararlanabileceğimizi gösterdik.
Bu, pilin daha verimli çalışmasını
sağlıyor.
Bu tür fırsatları daha fazla irdeliyoruz.
Su muhafazası için
uzayın soğukluğunu
kullanıp kullanamayacağımızı sorguluyoruz.
Ya da şebekeden
bağımsız senaryolar için.
Belki de bu soğuğu
güç üretmek için bile kullanabiliriz.
Dünya ile uzaydaki soğuk arasında
büyük bir sıcaklık farkı var.
Bu farklılık, kavramsal olarak,
elektrik üretmek için
ısı makinesi denilen
bir şeyi kullanmayı sağlayabilir.
Güneş pilleri çalışmadığı zaman
işe yarar miktarda elektrik üreten
gece çalışan
bir enerji üretim cihazı
yapabilir miyiz?
Karanlıktan ışık elde edebilir miyiz?
Bu yeteneğin merkezinde
etrafımızı saran termal radyasyonu
kontrol edebilmek yatıyor.
Sürekli kızılötesi ışığa maruz kalırız;
bunu kendi lehimize çevirebilirsek
her gün etrafımıza sızan ısı
ve enerjinin
akışını derinden değiştirebilirdik.
Bu yetenek, uzayın soğuk karanlığıyla
birleştiğinde,
bize geleceği gösteriyor;
bir medeniyet olarak termal ayak izimizi
büyük ölçüde daha iyi yönetebiliriz.
İklim değişikliğine karşı koyarken,
Alet takımımızda bu yeteneğin olmasının
ne kadar
önemli olduğunu
ispatlayacağına inanıyorum.
Bir dahaki sefere sokakta yürürken
evet, güneşin yeryüzünde yaşam için
nasıl gerekli olduğuna hayret edin,
ama unutmayın, gökyüzünün de
bize sunabileceği bir şey var.
Teşekkürler.
(Alkışlar)
在我小的时候,每到夏天,
我都会从加拿大的家里飞去看望
住在印度的祖父母。
加拿大夏季的气候还算宜人——
温度通常在 22ºC (72ºF)左右,
并不算很热。
然而,孟买是个闷热潮湿的地方,
夏天的平均气温大概是 30ºC (90ºF)。
每次到了孟买,我都会好奇,
“人们怎么能在如此的天气
生活、工作和睡觉呢?”
更糟糕的是,
我的祖父母家里没有空调。
但即使我用尽浑身解数,
也没能说服他们买一台。
但是这种情况正在得到快速改善。
如今,冷却系统的耗能总共占到了
全球电力供应的 17%,
其中就包括我在暑假
热切渴望拥有的空调系统,
在超市中保证我们的食品
安全新鲜的制冷系统。
以及保证我们的数据中心
正常运行的工业级制冷系统。
这些系统一共贡献了
全球温室气体排放量的 8%。
但是令我夜不能寐的是,
我们用于冷却的能源
可能在 2050 年之前增加 6 倍,
主要是由于亚洲以及
非洲国家能源消耗的增长。
我亲眼目睹了这一切。
我祖父母家周围的每个公寓
如今几乎都安装了空调。
这对生活在中高温地带的
居民的健康、幸福以及生产活动
明显是有益的。
但是,对于气候变化,
最应为我们敲响警钟的是,
我们的地球越温暖,
我们对冷却系统的需求就越大——
而这些系统本身
又是温室气体排放的源头。
这就有可能会引起反馈循环,
在本世纪晚些时候,
单单是这些冷却系统就会成为
最大的温室气体来源。
在最坏的情况下,
到了 2100 年底,每年我们
用来冷却的电能就有可能
超过10 万亿千瓦时。
这是如今全球电力供应的一半,
还仅仅是用于冷却。
不过,这也为我们
提供了一个绝佳的机会。
把冷却系统的效率提升 10%-20%,
就会对温室气体排放
产生巨大的影响,
不论是在今天,还是几十年后。
并且,还能帮助我们
避免最坏情况下的反馈循环。
我是一名科学家,致力于研究光和热,
尤其是新材料如何能够
以我们一度难以想象的方式
改变这些自然基本元素的流动方式。
所以,虽然我非常清楚
冷却系统在炎热的暑期
所扮演的重要角色,
但我之所以对这个问题非常感兴趣,
是因为六年前我遇到的一个智力题。
古代人是怎么
在沙漠气候中制造出冰的?
这是一座冰屋的照片,
也叫做“冰坑”,
坐落于伊朗的西南部。
伊朗境内遍布着几十处这样的废墟,
中东的其他地方也有
类似建筑存在的证据,
并且一直延伸到中国。
几世纪前操作冰屋的人
会在傍晚太阳落山的时候,
将水倾倒在图中左侧的水池里。
随后,神奇的一幕发生了。
即使周围空气的温度可能在冰点以上,
比如 5ºC (41ºF),
水依然会结冰。
人们会在黎明时分收集生成的冰,
储存在图片右侧的建筑中备用,
整个过程一直重复到夏天结束。
如果你在空气温度
高于冰点的晴朗的夜晚
注意过地面上的霜,
你就会发现二者的相似之处。
但是,等等——
水是怎么在零点以上结冰的呢?
蒸发可能在其中起到了一定的作用,
但是还不够导致水变成冰。
一定有些别的东西
降低了它的温度。
想象在窗台上有一块
正在冷却的馅饼。
想让它冷却,它自身的热量
需要传递到凉爽些的地方,
也就是它周围的空气中。
听起来可能难以置信,
那一池水的热量实际上
扩散到了寒冷的太空中。
这怎么可能呢?
就像大多数天然材料,
这一池的水也会
以光的形式散发它的热量。
这个概念被称作热辐射。
实际上,我们现在都在以红外光的形式
向彼此以及我们周围的环境
散发自身的热量,
我们实际上可以利用
热成像仪观察到这一现象,
并生成像这样的图像。
所以,那一池水把自身的热量
散播到了上方的大气中。
大气以及其中的分子
吸收并反射回了部分的热量。
而导致气候变化的温室效应
就是这样发生的。
但很重要的一点在于,
我们的大气不会吸收所有的热量。
如果吸收了,我们将会
住在一个更温暖的星球。
在某些波长下,
尤其是在 8 和 13 微米之间的波长下,
我们的大气相当于一个“传输窗口”。
这个窗口允许某些热量
以红外光的形式上升,
或者说逃逸,同时带走水池的热量。
并且它会逃逸到十分冷的地方。
从上层大气
到外太空的这段区域,
温度可以低至 -270ºC,
或者 -454ºF。
所以这一池水向天空释放的热量
比天空反射回来的热量要多。
因此,
这池水会冷却到低于周围的环境温度。
这种效应被称作 “夜空冷却”,
或者“辐射冷却”。
这一自然现象的重要性早已被
气候学家及气象学家所熟知。
当我了解到这些时,
我在斯坦福的博士研究已经接近尾声了。
我为如此简单的冷却方法所震惊,
但也十分的困惑。
为什么我们还没有
充分利用这一现象呢?
在过去的数十年中,
科学家和工程师已经对这一想法
展开了研究。
但是他们发现,至少还需要
解决一个大问题。
这个现象被称作“夜空冷却”是有原因的。
为什么呢?
因为有种小东西叫做太阳。
当地球表面正在冷却时,
它需要朝向天空。
在中午时分,
在我们最需要冷却什么东西的时候,
很遗憾,这些东西也需要面朝太阳。
而太阳会将大多数材料加热,
足以完全抵消这种冷却效果。
我和同事花费了很多时间
思考如何打造
一种微型材料——
它的尺寸比光本身的波长更小——
从而利用阳光
做一些新奇且实用的事情。
利用这个领域的知识,
即纳米光子学,或超材料研究,
我们首次发现了在白天
让这个构想成为现实的方式。
为了实现这个目的,
我设计了这张显微图片中的
多层光学材料,
它比人的头发丝细 40 多倍,
并且能够同时实现两种功能。
首先,它可以恰到好处的
散发出大气能够向外传导的热量。
我们把这扇窗开向宇宙。
其次,它不会被太阳加热,
而是可以像镜子一样
高效的反射太阳光。
我第一次测试这种材料
是在斯坦福的楼顶,
就在图片里的这个位置。
我将这个设备放置在室外,
几分钟后,当我走上前查看,
就立刻知道它凑效了。
我是怎么知道的呢?
它摸起来挺凉快的。
(掌声)
为了强调这多么的违反直觉:
把类似这样的材料
放置在阳光下,
它们的温度反而会降低。
这是我们第一次的测试数据,
即使把它放在太阳光下,
材料表面的温度始终维持在
比周围大气温度
还要低 5 ºC (9 ºF)的水平。
我们用来制造这种材料的方法
实际上已经规模化了。
这让我激动万分,
因为我们不仅做出了很酷的东西,
并且很可能有机会
实现大规模的实际应用。
这也引出了下一个大问题。
怎么通过这个想法来节约能源?
我们相信,这项技术最直接的节能方式
是提高当今
空调和制冷系统的效率。
为了做到这一点,我们
已经建造了流体冷却板,
正如图片中展示的一样。
这些节能板看起来很像
太阳能热水器,
却有着截然相反的功能——
使用我们发明的材料
被动的冷却水。
然后,这些面板可以与一个
几乎每个冷却系统
都拥有的部件,冷凝器
进行结合,以提高该系统的潜在效率。
如图所示,我们的初创公司
SkyCool Systems
如今已经在加利福尼亚州的
戴维斯市完成了实地测试。
在这项演示中,
我们证明了可以将现场
冷却系统的效率提高最多 12%。
在未来的一两年内,
我非常期待这项技术
能够在空调和制冷领域
开展第一个商业规模的试验。
在未来,我们也许能够将这类面板
与更高效的建筑冷却系统相结合,
从而减少三分之二的能源消耗。
最终,我们也许能够打造
一个完全不需要
电力供应的冷却系统。
作为迈向这一目标的第一步,
我和斯坦福的同事
已经证明了,通过更好的工程设计,
我们可以让材料维持在比气温
低 42ºC 以上的温度。
谢谢。
(掌声)
不妨想象一下——
在炎热的夏天,拥有一些
低于冰点的东西。
我对于冷却技术的
巨大潜能感到十分激动,
并且我认为仍然有
许多事情需要完成。
作为科学家,我也被
这项工作所凸显的
意义深远的机会所吸引。
我们可以利用寒冷的黑暗太空
加速地球上每一个
与能源相关的过程。
我想强调的其中一个工程
就是太阳能电池。
它们会在太阳光下被加热,
但随着温度升高,效率会逐渐下降。
在 2015 年,我们展示了
在太阳能电池的顶部
加上一些精心设计的微观结构,
就可以更好的利用冷却效果
来使太阳能电池被动的保持低温。
这保证了电池更高的操作效率。
我们正在探索更多类似的机会。
我们想知道,是否可以
使用太空中的低温
来帮助我们节约用水,
又或者在离网的状态下实现。
也许,我们甚至可以
直接利用这种低温来发电。
地球表面与寒冷的太空之前
存在着很大的温差。
至少在概念上,这种差异
能够被用来启动所谓的“热力发动机”
进行发电。
我们能不能制造
一个夜间发电装置,
当太阳能电池不工作的时候,
来产生大量的替代电能?
我们能不能从黑暗当中产生光?
这种能力的核心在于
管理我们周围的热辐射。
在我们的四周,红外线辐射无处不在;
如果我们能够让它为我们所用,
就可以彻底改变遍布在我们身边的
热量和能量流动。
这种能力,再加上
宇宙的寒冷黑暗,
能够指引我们的未来——
作为一个文明,
我们或许能够
在非常大的尺度上更智能的管理
我们的热能足迹。
在面对气候变化时,
我相信,在我们的工具箱中
拥有这样一种能力
将被证明是至关重要的。
因此,下一次你在户外散步,
在惊叹太阳对地球的生命
如此重要的同时,
也不要忘记,天空的其他部分
也可以为我们提供一些东西。
谢谢。
(掌声)
在我成長過程中,每年夏天,
我會從我在加拿大的家,
搭飛機去看我的祖父母,
他們住在印度孟買。
現在加拿大的夏天很暖和,
最高大約攝氏 22 度或華氏 72 度,
這是典型的夏日,不算太熱。
另一方面,孟買
是個又熱又濕的地方,
會超過攝氏 30 度或華氏 90 度。
一抵達孟買,我就會問:
「怎麼可能有人在這種天氣
生活、工作,或睡覺?」
更糟的是,我的祖父母沒有冷氣。
我已經盡了我最大的努力,
但我始終無法
說服他們裝一台冷氣。
但這狀況在改變,且改變得很快。
現今的冷卻系統所用的電量加總起來
佔全世界用電量的 17%。
包括從我暑假
超想要的冷氣,
到超級市場中確保我們的食物安全
且存放於低溫的冷藏系統,
到確保我們資料儲存中心
能順利運作的工業規模冷卻系統。
這些系統所排放的溫室氣體加起來
佔全球總排放的 8%。
但,讓我睡不著覺的,
是我們用在冷卻上的能量,
到 2050 年時可能會增為六倍,
主要的原因是亞洲
和非洲國家的用量增加。
我親眼見過。
幾乎我祖母家附近的每一間公寓,
現在都有冷氣了。
那很明顯是件好事,
就溫暖氣候地區居民的健康、
幸福,以及生產力而言。
然而關於氣候變遷最大的警訊之一,
就是當地球變得更暖和,
我們就會更需要冷卻系統,
這些系統本身就是
溫室氣體排放的來源。
這就有可能會形成一個惡性循環,
光是冷卻系統
就能在這個世紀後期變成最大的
溫室氣體來源。
在最糟的狀況中,
到 2100 年時,
光為了冷卻,我們可能每年
就會需要超過
十兆千瓦小時的電力。
那是現今我們電力總供應量的一半。
光為了冷卻。
但這也為我們點出了
一個很棒的機會。
如果每一種冷卻系統在效能上
都能有 10%~20% 的改善,
就會對溫室氣體的排放
有非常大的影響,
對於現今以及本世紀後期都是如此。
且它能協助我們避免發生
最糟狀況的惡性循環。
我是一位常常在思考
光和熱的科學家。
我特別著重研究新材料
如何能協助我們改變
大自然這些基本元素的流動方式,
用我們以前認為
不可能的方式來做到。
所以,我一直都懂
暑假降溫的重要性,
由於六年前我遇到的智力難題,
我實際上已經完成了
解決這個問題的工作。
古人怎麼能在沙漠氣候下製冰?
這張照片中的是一間冰室,
也叫做「Yakhchal」,
位在伊朗西南部。
在伊朗各地,有數十個
這類建築物的遺跡,
有證據顯示,這類建築物
還遍及了中東其它地區,
一路延伸到中國。
幾百年前使用這些冰室的人
會把水倒入照片左側的池子中,
時機是太陽下山,
剛剛進入傍晚的時候。
接著,神奇的事就會發生。
雖然空氣中的溫度還在冰點以上,
比如攝氏 5 度,或華氏 41 度,
水卻會結冰。
一大清早,產出的冰
就會被收集起來,
儲存放在右邊的建築物裡備用,
夏季的所有月份就是這樣渡過。
你們其實有可能見過
類似的現象發生,
如果你有注意過,在晴天晚上,
即使空氣溫度在冰點以上,
地面也會形成霜,就是類似的現象。
但,等等。
如果空氣溫度沒有低於冰點,
為什麼水會結冰?
蒸發的效應就很重要了,
但光是這點還不夠讓水變成冰。
還要有其他東西來將水冷卻。
想像一個派,在窗臺上冷卻。
若要讓它冷下來,
就要讓熱流到比較冷的地方。
也就是,流到它周圍的空氣中。
雖然這聽起來很不合情理,
一池水的熱怎麼可能
流到低溫的外太空中。
這怎麼有可能發生?
嗯,那池水和大部分的
自然材料一樣,
以光的方式將熱發送出去。
這概念就是大家所知的「熱輻射」。
事實上,我們現在都在
用紅外線光的方式把我們的熱
發送給彼此和周遭的環境。
使用熱感攝影機
就能將這現象視覺化,
它們所產出的影像,
就會類似各位現在看到的這一張。
所以,這一池水把它的熱
向上發送到大氣中。
大氣以及大氣中的分子
會吸收其中一些熱,再發送回來。
那其實就是造成
氣候變遷的溫室效應。
但在這裡要了解一個關鍵。
我們的大氣並不會吸收所有的熱。
如果會的話,地球就會更暖和許多。
在某些波長,
特別是在 8~13 微米之間,
我們的大氣有個所謂的傳送窗口。
這扇窗會讓其中一些
以紅外線方式向上發送的熱
有效地發散傳送,將池水的熱給帶走。
這些熱會發散到一個更冷的地方 :
大氣上層的低溫當中,
以及一路到外太空中,
外太空的溫度可以
低到攝氏 -270 度,
或華氏 -454 度。
所以那池水發送到天空中的熱
就多於天空發送回來的熱。
基於這個理由,
那池水會冷卻到比環境更低的溫度。
那就是一般所知的夜空冷卻,
或稱輻射冷卻。
氣候科學家和氣象學家一直都知道
這是個非常重要的自然現象。
當我接觸到這些資訊時,
我已經快要拿到
史丹佛的博士學位了。
這種冷卻方法表面是如此簡單,
背後卻又是個複雜的謎,
這讓我感到困惑。
我們為什麼不好好利用它?
在過去數十年,科學家和工程師
都在研究這個機制。
但結果發現,至少有一個大問題。
它被稱為夜空冷卻,是有原因的。
為什麼?
因為有個小東西,叫做太陽。
要進行冷卻的表面,
必需要能夠面向天空。
在日正當中時,
我們最希望的就是能冷到最低點,
很不幸的,在那時候
你得要向上看向太陽。
而太陽會把大部分的物質加熱,
熱到足以完全抵消掉這種冷卻效應。
同事和我花了很多時間思考
要如何建構出波長極短的材料,
讓它們能與光反應
產生新的、有用的東西——
波長要小於光本身的波長。
使用這個領域的洞見,
也就是一般所知的
奈米光子或超材料研究,
我們首次發現可能有種辦法
能夠在白天實現這一點,
我為此設計了一種多層的光學材料,
在這張顯微鏡影像中可以看見。
它比一般人髮的 40 分之一還要薄。
它能夠同時做兩件事。
首先,它能精準地把熱發送到大氣層
達到最佳的降溫效果。
我們對準了通往太空的窗戶。
第二是它能避免被太陽加溫。
它是面很好的太陽光反射鏡。
我第一次測試它時,
是在史丹佛的屋頂上,
各位在照片上可以看見。
我把這個裝置留在那裡一陣子,
幾分鐘之後,我走向它,
在幾秒鐘之內,我就知道它有用。
如何知道的?
我摸了它,摸起來是冷的。
(掌聲)
再強調一下這個現象
有多怪異且和直覺不符:
這種材料及其它相似的材料
如果離開陰影反而會變得更冷,
即使是被陽光直射著。
各位現在看到的
是我們第一次實驗的資料,
當時那材料的溫度比空氣的溫度
低攝氏 5 度或華氏 9 度,
即使太陽光直射在它上面。
實際量產這種材料的方法已然存在。
我非常興奮,
因為我們不只是
發明出了很酷的東西,
我們可能真的有機會
做出很有用的東西來。
那就帶出了下一個大問題。
要如何用這個點子,來節省能源?
我們相信,若要用這項技術
來節省能源,最直接的方式
就是對現今的冷氣
和冰箱系統進行效能的提升。
為此,我們打造了液態的冷卻板,
就像畫面上的這種。
它們的外型和太陽能熱水器很相似,
差別在於功能相反,
它們能用我們的特殊材料
被動地讓水冷卻。
這些冷卻板可以和一個元件整合,
幾乎所有冷卻系統
都有這個元件:冷凝器,
目的是要改善系統的根本效率。
我們的新創公司叫
SkyCool Systems,
目前已經在加州戴維斯
完成了實地測試,如照片所示。
在那次展示中,
我們展現了我們在實做上真的能夠
改善冷卻系統的效率達 12%。
在接下來的一、兩年,
我很興奮地期待能看到
商業規模的測試開始進行,
用在包括冷氣以及冰箱上。
在未來,我們可能可以
把這些冷卻板整合到
更高效能的建築冷卻系統中,
將這些系統所需要使用的
能源減少三分之二。
最終,我們可能可以打造一個完全
不需要電力輸入的冷卻系統。
要做到這點,第一步,
我和史丹佛的同事
已經讓大家看到,確實可以
將物體維持在比空氣溫度
低攝氏 42 度的狀態,
用更好的工程方式就能做到。
謝謝。
(掌聲)
想像一下,
在炎熱的夏日,有低於冰點的東西。
所以,雖然我對於我們
能為冷卻做出的貢獻感到很興奮,
但我認為還有很多還沒完成的,
身為科學家,我也被
這項發明所強調出來的
深刻機會給深深吸引著。
我們可以利用太空的寒冷黑暗
來改善地球上
每一項與能源有關過程的效能。
我想要特別提出來的
其中一種過程,就是太陽能板。
在太陽下,它們會被加溫,
當它們本身越熱,就越沒沒效率。
2015 年,我們展示出在太陽能板上方
刻意加上微結構,
就能夠更善加利用這種冷卻效應,
來被動地將太陽能板保持在較低的溫度。
這樣太陽能板就能更有效地運作。
我們還在進一步研究這些機會。
我們在問的問題是,
我們是否能用太空的低溫
來協助我們做水資源保存。
或許協助我們不再使用電網。
我們甚至可以直接用這低溫來發電。
我們地球這裡的溫度和太空的低溫
有很大的落差。
那種落差,至少在概念上,
可以被用來驅動所謂的熱引擎,
來產生電力。
那麼我們是否能夠做出
一種夜晚的發電裝置,
能夠產生夠用的電力,
在太陽能板不能運作時代勞呢?
我們能否用黑暗來產生光?
這項能力的關鍵,在於要能夠管理
我們周遭的熱輻射。
我們經常處在紅外線光之中;
如果我們願意改變這一切,
我們就能深深地改變每天在我們周圍
比比皆是的熱與能量之流動。
這種能力,再加上太空的寒冷黑暗,
就能為我們的文明指點未來的方向,
讓我們能更智慧地
管理我們的熱能足跡,
且能做到非常大的規模。
我們正在面臨氣候變遷,
我相信把這能力放入我們的工具箱
非常的重要。
所以,下次當你在外面四處走動時,
是的,當我們對太陽
在地球生命的重要性感到驚艷時,
也別忘了天空中的其它部分,
也能為我們提供某些資源。
謝謝。
(掌聲)