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)