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)