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)