0:00:01.571,0:00:03.586
Toen ik opgroeide, vloog ik elke zomer

0:00:03.610,0:00:06.992
van mijn thuis in Canada [br]naar mijn grootouders

0:00:07.016,0:00:08.816
in Mumbai, India.

0:00:09.157,0:00:12.291
Nu zijn Canadese zomers [br]in het beste geval vrij mild --

0:00:12.315,0:00:16.022
ongeveer 22°C of 72°F

0:00:16.046,0:00:18.666
is een typische zomerdag –- [br]en niet te warm.

0:00:19.276,0:00:22.315
Mumbai is daarentegen [br]een warme en vochtige plaats

0:00:22.339,0:00:25.557
met temperaturen boven de 30°C of 90°F.

0:00:26.364,0:00:27.950
Zodra ik aankwam, vroeg ik:

0:00:27.974,0:00:32.384
"Hoe kan iemand wonen, werken [br]of slapen in een dergelijke weer?"

0:00:33.539,0:00:37.185
En dan hadden mijn grootouders [br]niet eens een airconditioner.

0:00:37.768,0:00:40.263
Hoe ik ook mijn best deed,

0:00:40.287,0:00:43.371
ik kon hen nooit overtuigen [br]om er een aan te schaffen.

0:00:44.220,0:00:47.315
Maar dit is aan het veranderen, en snel.

0:00:47.914,0:00:52.255
Koelsystemen verbruiken [br]vandaag gezamenlijk

0:00:52.279,0:00:54.652
wereldwijd 17% van alle elektriciteit.

0:00:54.676,0:00:57.070
Dit omvat alles: van de airconditioners

0:00:57.094,0:00:59.871
die ik zo graag wilde [br]tijdens mijn zomervakanties,

0:00:59.895,0:01:03.505
tot de koelsystemen om ons voedsel [br]veilig en koud te houden

0:01:03.529,0:01:04.760
in onze supermarkten

0:01:04.784,0:01:09.036
en de grootschalige systemen die [br]onze datacenters aan de gang houden.

0:01:09.624,0:01:13.109
Samen zijn deze systemen goed voor 8%

0:01:13.133,0:01:15.383
van de wereldwijde uitstoot [br]van broeikasgassen.

0:01:15.823,0:01:18.314
Waar ik niet van slaap, is dat tegen 2050

0:01:18.314,0:01:22.379
ons energieverbruik voor koeling [br]zes maal groter zou kunnen worden,

0:01:22.403,0:01:26.684
voornamelijk door een intensiever gebruik [br]in Aziatische en Afrikaanse landen.

0:01:27.284,0:01:28.982
Ik heb dit met eigen ogen gezien.

0:01:29.006,0:01:32.164
Bijna elk appartement [br]in de buurt van mijn oma

0:01:32.188,0:01:34.212
heeft nu een airconditioner.

0:01:34.236,0:01:37.283
En dat is vooral een goede zaak

0:01:37.307,0:01:40.006
voor gezondheid, welzijn en productiviteit

0:01:40.030,0:01:42.675
van mensen die in warmere klimaten wonen.

0:01:43.831,0:01:47.774
Een van de meest verontrustende dingen [br]over de klimaatwijziging is echter

0:01:47.798,0:01:50.393
dat naarmate onze planeet warmer wordt,

0:01:50.417,0:01:52.729
we meer koelsystemen [br]gaan nodig hebben --

0:01:52.753,0:01:56.512
systemen die zelf grote [br]uitstoters van broeikasgassen zijn.

0:01:57.236,0:02:00.273
Dat kan een terugkoppeling veroorzaken

0:02:00.273,0:02:02.051
waardoor koelsystemen alleen al

0:02:02.075,0:02:05.062
een van onze grootste bronnen [br]van broeikasgassen kunnen worden

0:02:05.086,0:02:06.428
later deze eeuw.

0:02:06.735,0:02:08.173
In het ergste geval hebben we

0:02:08.173,0:02:11.557
wellicht jaarlijks meer dan 10 biljoen [br]kilowattuur elektriciteit nodig.

0:02:11.581,0:02:14.269
Alleen voor koeling, tegen het jaar 2100.

0:02:14.846,0:02:17.711
Dat is de helft van onze [br]elektriciteitsvoorziening vandaag.

0:02:18.198,0:02:19.348
Alleen voor koeling.

0:02:20.862,0:02:24.777
Maar dit wijst ook op een geweldige kans.

0:02:25.444,0:02:30.013
Een 10 of 20% verbetering van [br]de efficiëntie van elk koelsysteem

0:02:30.037,0:02:33.521
kan een enorme impact hebben [br]op onze uitstoot van broeikasgassen,

0:02:33.545,0:02:36.010
zowel vandaag als later deze eeuw.

0:02:38.080,0:02:42.609
We zouden die terugkoppelingslus [br]van het ergste geval kunnen vermijden.

0:02:42.928,0:02:46.608
Als wetenschapper denk ik veel na[br]over licht en warmte.

0:02:46.632,0:02:48.672
Vooral over hoe we [br]met nieuwe materialen

0:02:48.672,0:02:52.322
de stroom van deze basiselementen [br]van de natuur kunnen wijzigen

0:02:52.322,0:02:55.185
op manieren die we misschien [br]ooit onmogelijk achtten.

0:02:55.185,0:02:57.728
Ofschoon de waarde van koeling[br]me al duidelijk was

0:02:57.752,0:02:59.486
sinds mijn zomervakanties,

0:02:59.510,0:03:01.983
begon ik me met dit probleem [br]bezig te houden

0:03:02.007,0:03:06.013
vanwege een intellectueel raadsel waar [br]ik ongeveer zes jaar geleden op stuitte.

0:03:07.149,0:03:12.766
Hoe konden oude volkeren ijs [br]maken in een woestijnklimaat?

0:03:13.894,0:03:16.830
Dit is een foto van een ijshuis,

0:03:16.854,0:03:20.481
of een ‘yakhchal’, [br]in het zuidwesten van Iran.

0:03:21.006,0:03:24.760
Er zijn tientallen ruïnes [br]van dergelijke structuren in heel Iran,

0:03:24.784,0:03:28.474
met sporen van soortgelijke bouwwerken [br]in de rest van het Midden-Oosten,

0:03:28.498,0:03:29.712
helemaal tot in China.

0:03:30.228,0:03:33.418
De mensen die vele eeuwen geleden [br]dit ijshuis in gebruik hadden,

0:03:33.442,0:03:36.336
goten water in het bekken [br]-- dat je daar links ziet --

0:03:36.336,0:03:39.022
in de vroege avonduren [br]bij zonsondergang.

0:03:39.046,0:03:40.855
En dan gebeurde er iets verbazends.

0:03:41.442,0:03:45.244
Hoewel de temperatuur van de lucht [br]boven het vriespunt kon zijn,

0:03:45.244,0:03:47.926
misschien wel 5°C of 41°F,

0:03:47.950,0:03:49.484
bevroor het water toch.

0:03:50.724,0:03:54.859
Het gevormde ijs werd dan verzameld [br]in de vroege ochtenduren

0:03:54.883,0:03:57.518
en voor gebruik opgeslagen [br]in het gebouw daar rechts,

0:03:57.542,0:03:59.478
de hele zomer lang.

0:04:00.133,0:04:03.632
Je hebt eigenlijk waarschijnlijk [br]al iets vergelijkbaars gezien

0:04:03.632,0:04:05.842
bij rijmvorming na een heldere nacht,

0:04:05.842,0:04:09.097
zelfs bij een luchttemperatuur [br]boven het vriespunt.

0:04:09.121,0:04:10.281
Maar wacht.

0:04:10.305,0:04:14.036
Hoe kan water bevriezen [br]boven het vriespunt?

0:04:14.487,0:04:16.413
Verdamping kan een rol spelen,

0:04:16.437,0:04:19.752
maar dat is niet genoeg om water [br]tot ijs te laten bevriezen.

0:04:20.064,0:04:22.150
Iets anders moet het hebben afgekoeld.

0:04:22.761,0:04:25.309
Denk aan een taart [br]die afkoelt op een vensterbank.

0:04:25.619,0:04:29.230
Om af te koelen, moet haar warmte [br]naar een koelere plaats kunnen stromen.

0:04:29.254,0:04:31.708
In dit geval naar de omringende lucht.

0:04:32.180,0:04:34.490
Hoe ongeloofwaardig het ook mag klinken,

0:04:34.514,0:04:39.890
voor dat bekken met water gaat die warmte [br]in feite naar de koude van de ruimte.

0:04:42.085,0:04:43.807
Hoe kan dat?

0:04:44.434,0:04:48.006
Dat bekken water stuurt, zoals [br]de meeste natuurlijke materialen,

0:04:48.030,0:04:50.180
zijn warmte uit als licht.

0:04:50.506,0:04:53.323
Dat heet thermische straling.

0:04:53.792,0:04:58.260
In feite stralen we allemaal onze warmte [br]uit als infrarood licht,

0:04:58.284,0:05:00.212
naar elkaar en naar onze omgeving.

0:05:00.608,0:05:03.077
We kunnen dit met thermische [br]camera's visualiseren.

0:05:03.101,0:05:06.347
Ze produceren beelden [br]zoals ik jullie nu toon.

0:05:06.674,0:05:10.506
Die plas water straalt [br]zijn warmte de atmosfeer in.

0:05:11.379,0:05:13.048
De atmosfeer en de moleculen erin

0:05:13.048,0:05:16.053
absorberen een deel van die warmte [br]en sturen die terug.

0:05:16.077,0:05:19.899
Dat is in feite het broeikaseffect, [br]verantwoordelijk voor de klimaatopwarming.

0:05:20.435,0:05:23.338
Maar wat nu komt, is van cruciaal [br]belang om te begrijpen.

0:05:23.338,0:05:26.182
Onze atmosfeer absorbeert [br]niet al die warmte.

0:05:26.577,0:05:29.511
Als dat zo was, zouden we op [br]een veel warmere planeet leven.

0:05:29.982,0:05:31.490
Bij bepaalde golflengten,

0:05:31.514,0:05:34.450
vooral tussen 8 en 13 micrometer, heeft

0:05:34.450,0:05:38.472
onze atmosfeer een transmissie-venster.

0:05:39.402,0:05:44.639
Dit venster laat een deel van de warmte [br]die opstijgt als infrarood licht

0:05:44.663,0:05:48.476
daadwerkelijk ontsnappen, waardoor [br]de warmte van dat bekken afneemt.

0:05:48.895,0:05:52.665
Ze verdwijnt naar [br]een veel, veel koudere plaats.

0:05:53.633,0:05:55.601
In de bovenste atmosfeer,

0:05:55.625,0:05:57.299
en in de ruimte al helemaal,

0:05:57.323,0:06:03.753
kan het -270°C of -454°F zijn.

0:06:05.242,0:06:08.606
Daardoor kan de plas water meer warmte [br]naar de hemel uitstralen

0:06:08.630,0:06:10.401
dan dat de hemel terugstuurt.

0:06:10.429,0:06:14.615
En daardoor zal het bekken afkoelen [br]tot onder de omgevingstemperatuur.

0:06:16.035,0:06:19.551
Dit effect staat bekend [br]als nachthemelkoeling

0:06:19.575,0:06:20.975
of stralingskoeling.

0:06:21.369,0:06:24.823
Klimaatwetenschappers en [br]meteorologen kennen het al lang

0:06:24.847,0:06:27.447
als een zeer belangrijk [br]natuurverschijnsel.

0:06:28.879,0:06:30.371
Dit kwam ik te weten

0:06:30.395,0:06:33.037
tegen het einde van [br]mijn doctoraat in Stanford.

0:06:33.061,0:06:37.260
Ik stond versteld van de schijnbare [br]eenvoud van deze koelmethode,

0:06:37.284,0:06:38.930
maar was ook in verwarring.

0:06:39.284,0:06:41.724
Waarom maken wij er geen gebruik van?

0:06:42.744,0:06:45.625
Wetenschappers en ingenieurs [br]hadden dit idee wel onderzocht

0:06:45.649,0:06:46.887
in voorgaande decennia.

0:06:46.911,0:06:50.199
Maar er bleek ten minste [br]één groot probleem te zijn.

0:06:50.879,0:06:53.751
Er was een reden dat het [br]nachtelijke koeling heette.

0:06:54.109,0:06:55.283
Waarom?

0:06:55.307,0:06:57.676
Er is daar dat dingetje [br]dat we de zon heten.

0:06:58.157,0:07:00.617
Om een oppervlak af te koelen,

0:07:00.641,0:07:02.815
moet het naar de hemel gericht zijn.

0:07:02.839,0:07:04.467
En in de loop van de dag,

0:07:04.491,0:07:07.641
wanneer we het meest [br]naar koude verlangen,

0:07:07.665,0:07:10.561
staat daar helaas de zon.

0:07:10.585,0:07:12.441
En de zon warmt de meeste materialen

0:07:12.465,0:07:15.222
genoeg op om dit koelend effect [br]volledig teniet te doen.

0:07:16.289,0:07:18.417
Mijn collega's en ik [br]hebben lang nagedacht

0:07:18.441,0:07:20.553
over hoe we materialen [br]kunnen structureren

0:07:20.577,0:07:21.989
bij zeer kleine lengteschalen

0:07:22.013,0:07:25.339
zodat ze nieuwe en nuttige dingen [br]met licht kunnen doen --

0:07:25.363,0:07:28.353
lengteschalen kleiner dan [br]de golflengte van het licht zelf.

0:07:28.377,0:07:30.367
Met behulp van inzichten op dit gebied,

0:07:30.367,0:07:32.839
bekend als nanophotonica [br]of metamaterialenonderzoek,

0:07:32.863,0:07:35.187
beseften we dat er wellicht een manier was

0:07:35.187,0:07:37.650
om dit voor het eerst[br]overdag mogelijk te maken.

0:07:37.724,0:07:40.910
Om dit te doen, ontwierp ik [br]een meerlagig optisch materiaal

0:07:40.934,0:07:42.791
hier getoond op een microscoopbeeld.

0:07:42.815,0:07:46.196
Het is meer dan 40 keer dunner [br]dan een typische menselijke haar.

0:07:46.220,0:07:48.738
Het kan twee dingen tegelijk doen.

0:07:49.169,0:07:50.994
Ten eerste, warmte uitstralen

0:07:51.018,0:07:54.820
precies daar waar onze atmosfeer [br]die warmte het beste doorlaat.

0:07:54.844,0:07:56.977
We mikten op het venster naar de ruimte.

0:07:57.519,0:08:00.950
Het tweede is dat het niet makkelijk [br]wordt opgewarmd door de zon.

0:08:00.974,0:08:03.374
Het is een zeer goede [br]spiegel voor zonlicht.

0:08:04.315,0:08:07.029
De eerste keer testte ik dit [br]op een dak in Stanford.

0:08:07.053,0:08:08.815
Ik toon het hier.

0:08:09.339,0:08:11.720
Ik liet de opstelling een tijdje buiten

0:08:11.744,0:08:14.815
en toen ik er na een paar [br]minuten terug bij kwam,

0:08:14.839,0:08:17.633
wist ik gelijk dat het werkte.

0:08:17.657,0:08:18.815
Hoe?

0:08:18.839,0:08:20.906
Ik raakte het aan en het voelde koud aan.

0:08:21.395,0:08:24.323
(Applaus)

0:08:26.862,0:08:30.846
Gewoon om te benadrukken [br]hoe raar en contra-intuïtief dit is:

0:08:30.870,0:08:32.790
dit en andere soortgelijke materialen

0:08:32.790,0:08:35.529
worden kouder als we [br]ze uit de schaduw halen,

0:08:35.553,0:08:37.913
ook al valt er zonlicht op.

0:08:37.937,0:08:40.620
Ik toon jullie gegevens [br]van ons allereerste experiment,

0:08:40.644,0:08:43.383
waar dit materiaal meer dan 5°C of 9°F

0:08:43.407,0:08:46.683
kouder bleef dan de luchttemperatuur,

0:08:46.707,0:08:49.521
hoewel de zon er direct op scheen.

0:08:50.855,0:08:53.990
De productiemethode die we gebruikten [br]om dit materiaal te maken

0:08:54.014,0:08:56.548
bestaat al op grote schaal.

0:08:56.903,0:08:58.060
Ik was echt enthousiast,

0:08:58.084,0:09:01.125
want niet alleen maken we iets cools,

0:09:01.149,0:09:03.613
maar misschien hebben [br]we wel de mogelijkheid

0:09:03.613,0:09:07.203
om er echt iets mee te doen [br]en er iets bruikbaars van te maken.

0:09:07.204,0:09:09.337
Dat brengt me bij de volgende grote vraag:

0:09:09.337,0:09:11.452
hoe bespaar je nu energie met dit idee?

0:09:11.452,0:09:15.410
We geloven dat de meest directe manier om [br]energie te besparen met deze technologie

0:09:15.434,0:09:17.093
is door de efficiëntie te verhogen

0:09:17.117,0:09:20.180
van de huidige airconditioning- [br]en koelsystemen.

0:09:20.561,0:09:23.100
Daarvoor hebben we [br]vloeistof-koelpanelen gebouwd,

0:09:23.100,0:09:24.315
zoals die hier getoond.

0:09:24.339,0:09:26.750
Deze panelen zien eruit als zonneboilers,

0:09:26.750,0:09:29.950
maar ze doen het tegenovergestelde –- [br]ze koelen het water passief

0:09:29.974,0:09:32.041
door ons gespecialiseerde materiaal.

0:09:32.815,0:09:35.275
Deze panelen kunnen dan [br]samengaan met een component

0:09:35.299,0:09:37.867
die je in bijna elke koelsysteem [br]vindt, de condensor,

0:09:37.891,0:09:41.024
om de onderliggende efficiëntie [br]van het systeem te verbeteren.

0:09:41.367,0:09:43.263
Onze start-up, SkyCool Systems,

0:09:43.287,0:09:47.161
heeft onlangs een veldproef voltooid[br]in Davis, Californië, hier afgebeeld.

0:09:47.649,0:09:49.511
In deze demonstratie laten we zien

0:09:49.511,0:09:52.283
dat we de efficiëntie van dat koelsysteem

0:09:52.283,0:09:54.851
met maar liefst 12% kunnen verbeteren.

0:09:55.474,0:09:56.728
In de komende paar jaar

0:09:56.752,0:10:00.656
kijk ik echt uit naar de eerste [br]proefprojecten op commerciële schaal

0:10:00.680,0:10:03.823
voor zowel airconditioning [br]als voor koeling.

0:10:04.260,0:10:07.847
In de toekomst kunnen we misschien [br]dit soort panelen integreren

0:10:07.871,0:10:11.180
met meer efficiënte [br]koelsystemen voor gebouwen

0:10:11.204,0:10:14.006
om hun energieverbruik [br]met tweederde te verminderen.

0:10:14.030,0:10:17.688
En tenslotte gaan we misschien [br]een koelsysteem kunnen bouwen

0:10:17.712,0:10:20.275
dat helemaal geen [br]elektriciteit meer vereist.

0:10:20.796,0:10:22.482
Als eerste stap in die richting:

0:10:22.506,0:10:24.513
mijn collega's van Stanford en ik

0:10:24.513,0:10:27.163
hebben aangetoond dat je iets

0:10:27.163,0:10:32.606
op ruim 42°C onder de luchttemperatuur[br]kan houden met een betere techniek.

0:10:32.645,0:10:34.315
(Applaus) [br]Dank je.

0:10:38.966,0:10:40.347
Stel je eens voor --

0:10:40.371,0:10:43.774
iets onder het vriespunt [br]op een hete zomerdag.

0:10:45.927,0:10:50.410
Terwijl ik erg enthousiast ben over alles [br]wat we kunnen doen om te koelen,

0:10:50.434,0:10:53.688
en ik denk dat er nog [br]veel te doen overblijft,

0:10:53.712,0:10:57.180
ben ik als wetenschapper ook aangetrokken [br]tot een meer diepgaande kans

0:10:57.204,0:10:59.220
waar dit werk volgens mij naar wijst.

0:10:59.760,0:11:02.895
We kunnen de koude duisternis [br]van de ruimte gebruiken

0:11:02.919,0:11:04.569
om de efficiëntie te verbeteren

0:11:04.593,0:11:07.847
van ieder energie-gerelateerd [br]proces hier op aarde.

0:11:09.204,0:11:12.841
Een voorbeeld van zo'n proces dat ik[br]graag wil belichten zijn zonnecellen.

0:11:12.934,0:11:14.379
Ze warmen op onder de zon

0:11:14.403,0:11:16.887
en worden minder efficiënt [br]naarmate ze warmer zijn.

0:11:17.276,0:11:21.153
In 2015 hebben we aangetoond dat we[br]met aangepaste vormen van microstructuren

0:11:21.177,0:11:22.724
bovenop een zonnecel,

0:11:22.748,0:11:25.592
beter gebruik kunnen [br]maken van dit koeleffect,

0:11:25.616,0:11:29.315
zodat een zonnecel passief [br]op een lagere temperatuur blijft.

0:11:29.708,0:11:32.029
Hierdoor kan de cel efficiënter werken.

0:11:32.627,0:11:35.595
We testen dit soort [br]mogelijkheden verder uit.

0:11:35.619,0:11:38.864
We onderzoeken of we de koude [br]van de ruimte kunnen gebruiken

0:11:38.888,0:11:40.967
voor het beter omgaan met water.

0:11:41.316,0:11:43.665
Of misschien met [br]netonafhankelijke scenario's.

0:11:43.689,0:11:47.856
Misschien kunnen we zelfs rechtstreeks [br]energie opwekken met deze koude.

0:11:48.522,0:11:51.475
Er is een groot temperatuurverschil [br]tussen ons hier op aarde

0:11:51.499,0:11:53.189
en de koude van de ruimte.

0:11:53.213,0:11:55.341
Dat verschil kan, ten minste in principe,

0:11:55.365,0:11:57.959
worden gebruikt om een [br]warmtemachine aan te drijven

0:11:57.983,0:11:59.483
om elektriciteit te genereren.

0:11:59.967,0:12:03.570
Kunnen wij dan een nachtelijke [br]energiecentrale maken

0:12:03.594,0:12:05.991
die bruikbare hoeveelheden [br]elektriciteit genereert

0:12:06.015,0:12:07.919
wanneer de zonnecellen niet werken?

0:12:07.943,0:12:10.477
Kunnen we licht [br]maken van duisternis?

0:12:11.872,0:12:16.261
Centraal hierin staat dit vermogen

0:12:16.285,0:12:19.396
om de warmtestraling overal [br]om ons heen te beheren.

0:12:19.420,0:12:22.220
We baden voortdurend in infrarood licht.

0:12:22.666,0:12:25.118
Als we dat aan onze wil [br]konden onderwerpen,

0:12:25.142,0:12:27.872
konden we de stromen [br]van warmte en energie,

0:12:27.896,0:12:30.629
die ons elke dag doordringen, [br]fundamenteel veranderen.

0:12:31.190,0:12:34.531
Deze mogelijkheid, in combinatie [br]met de koude donkerte van het heelal,

0:12:34.555,0:12:37.864
wijst ons naar een toekomst [br]waarin wij als beschaving

0:12:37.888,0:12:42.856
onze thermische energie voetafdruk [br]intelligenter zouden kunnen beheren

0:12:42.890,0:12:45.210
tot zelfs op de allergrootste schalen.

0:12:45.904,0:12:48.548
Nu we geconfronteerd worden [br]met de klimaatverandering,

0:12:48.548,0:12:51.235
denk ik dat deze mogelijkheid [br]in onze gereedschapskist

0:12:51.235,0:12:52.809
essentieel zal blijken te zijn.

0:12:53.428,0:12:56.626
Als je nog eens buiten rondloopt,

0:12:56.650,0:13:02.994
verwonder je dan hoe de zon [br]essentieel is voor het leven op aarde,

0:13:03.018,0:13:07.694
maar vergeet niet dat de rest [br]van de hemel ons ook iets te bieden heeft.

0:13:08.533,0:13:09.684
Dank je.

0:13:09.708,0:13:12.778
(Applaus)