Wie man die Kälte des Weltraums als erneuerbare Ressource nutzen kann
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0:02 - 0:04Als ich aufwuchs, flog ich jeden Sommer
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0:04 - 0:07von meinem Zuhause in Kanada
zu meinen Großeltern, -
0:07 - 0:09die in Mumbai, Indien, lebten.
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0:09 - 0:12Kanadische Sommer sind bestenfalls mild
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0:12 - 0:16-- etwa 22 Grad Celsius
oder 72 Grad Fahrenheit -
0:16 - 0:19sind für einen Sommertag typisch,
also nicht zu heiß. -
0:19 - 0:22Mumbai hingegen ist ein heißes
und feuchtes Gebiet -
0:22 - 0:26mit über 30 °Celsius oder 90 °Fahrenheit.
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0:26 - 0:28Wenn ich ankam, fragte ich immer:
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0:28 - 0:32"Wie kann man bei so einem Wetter
leben, arbeiten oder schlafen?" -
0:34 - 0:37Obendrein hatten meine Großeltern
keine Klimaanlage. -
0:38 - 0:41Obwohl ich mein Bestes gab,
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0:41 - 0:43konnte ich sie nie zum Kauf
von einer überzeugen. -
0:44 - 0:47Aber das ändert sich schnell.
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0:48 - 0:55Kühlsysteme verbrauchen heute weltweit
zusammen 17 Prozent des Stroms. -
0:55 - 0:57Dazu gehören Klimaanlagen,
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0:57 - 1:00die ich in den Sommerferien
so unbedingt wollte, -
1:00 - 1:02über Kühlsysteme, die in den Supermärkten
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1:02 - 1:05unsere Lebensmittel
sicher und kalt halten, -
1:05 - 1:09bis zu Systemen im industriellen Maßstab
in unseren Rechenzentren. -
1:10 - 1:13Zusammen machen diese Systeme acht Prozent
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1:13 - 1:15der weltweiten Treibhausgasemissionen aus.
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1:16 - 1:18Aber was mich nachts wach hält, ist,
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1:18 - 1:22dass unser Energieverbrauch für Kühlung
bis 2050 um das Sechsfache steigen wird, -
1:22 - 1:27vor allem durch die zunehmende Nutzung
in asiatischen und afrikanischen Ländern. -
1:27 - 1:29Ich habe das selbst gesehen.
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1:29 - 1:32Fast jede Wohnung
in der Nähe meiner Großmutter -
1:32 - 1:34hat jetzt eine Klimaanlage.
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1:34 - 1:37Das ist natürlich eine gute Sache
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1:37 - 1:41für die Gesundheit, das Wohlergehen
und die Produktivität von Menschen, -
1:41 - 1:43die in wärmeren Klimazonen leben.
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1:44 - 1:48Einer der alarmierendsten Aspekte
beim Klimawandel ist jedoch, -
1:48 - 1:50je wärmer unser Planet wird,
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1:50 - 1:53desto mehr benötigen wir Kühlsysteme --
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1:53 - 1:57Systeme, die selbst große Emittenten
von Treibhausgasen sind. -
1:57 - 2:01Das hat dann das Potenzial,
eine Rückkopplungsschleife zu verursachen, -
2:01 - 2:02in der allein die Kühlsysteme
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2:02 - 2:05zum Ende dieses Jahrhunderts
eine unserer größten Quellen -
2:05 - 2:07von Treibhausgasen werden könnten.
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2:07 - 2:10Im schlimmsten Fall könnten wir
im Jahr 2100 nur zum Kühlen -
2:10 - 2:14mehr als 10 Billionen Kilowattstunden
Strom pro Jahr benötigen. -
2:15 - 2:18Das ist die Hälfte
des heutigen Stromverbrauchs. -
2:18 - 2:19Nur zur Kühlung.
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2:21 - 2:25Aber das weist uns auch
auf eine erstaunliche Chance hin. -
2:25 - 2:30Eine 10- oder 20-prozentige Verbesserung
der Effizienz jedes Kühlsystems -
2:30 - 2:34könnte sowohl heute als auch
später in diesem Jahrhundert -
2:34 - 2:37enorme Auswirkungen
auf unseren Treibhausgasausstoß haben. -
2:38 - 2:42Das könnte uns helfen, die befürchtete
Rückkopplungsschleife abzuwenden. -
2:43 - 2:47Ich bin ein Wissenschaftler, der viel
über Licht und Wärme nachdenkt. -
2:47 - 2:49Insbesondere, wie es uns
neue Materialien ermöglichen, -
2:49 - 2:53den Fluss dieser grundlegenden
Elemente der Natur so zu verändern, -
2:53 - 2:55wie wir es früher
für unmöglich gehalten hätten. -
2:55 - 2:57Obwohl ich schon immer
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2:57 - 3:00den Wert der Kühlung
in den Sommerferien verstand, -
3:00 - 3:02arbeitete ich letztlich an diesem Problem
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3:02 - 3:06wegen eines intellektuellen Rätsels,
auf das ich vor 6 Jahren stieß. -
3:07 - 3:13Wie waren uralte Völker in der Lage,
in Wüstengebieten Eis zu machen? -
3:14 - 3:17Dies ist ein Bild eines Eishauses,
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3:17 - 3:20auch Yachchal genannt,
im Südwesten des Irans. -
3:21 - 3:25Es gibt Ruinen von Dutzenden
solcher Strukturen im ganzen Iran, -
3:25 - 3:28mit Hinweisen auf ähnliche Gebäude
im gesamten Rest des Mittleren Ostens -
3:28 - 3:30und bis nach China.
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3:30 - 3:33Die Leute, die dieses Eishaus
vor vielen Jahrhunderten betrieben, -
3:33 - 3:36gossen in den frühen Abendstunden,
wenn die Sonne unterging, -
3:36 - 3:39Wasser in das Becken, das Sie links sehen.
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3:39 - 3:41Dann geschah etwas Erstaunliches.
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3:41 - 3:44Obwohl die Lufttemperatur
über dem Gefrierpunkt liegen konnte, -
3:44 - 3:48sagen wir 5 Grad Celsius
oder 41 Grad Fahrenheit, -
3:48 - 3:49gefror das Wasser.
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3:51 - 3:55Das erzeugte Eis wurde dann
in den frühen Morgenstunden eingesammelt -
3:55 - 3:57und in dem Gebäude auf der rechten Seite
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3:57 - 4:00bis in die Sommermonate hinein
zum Gebrauch gelagert. -
4:00 - 4:04Sie haben wahrscheinlich schon mal
einen sehr ähnlichen Vorgang gesehen, -
4:04 - 4:06wenn sich in einer klaren Nacht
Reif am Boden bildet, -
4:06 - 4:09auch wenn die Lufttemperatur
über dem Gefrierpunkt liegt. -
4:09 - 4:10Aber Moment mal.
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4:10 - 4:14Wie kann das Wasser bei Lufttemperaturen
über dem Gefrierpunkt gefrieren? -
4:14 - 4:17Die Verdunstung könnte
eine Rolle gespielt haben, -
4:17 - 4:20aber das ist nicht genug,
um das Wasser in Eis zu verwandeln. -
4:20 - 4:22Etwas anderes muss es abgekühlt haben.
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4:23 - 4:26Denken Sie an einen Kuchen,
der auf einer Fensterbank abkühlt. -
4:26 - 4:29Damit er sich abkühlen kann, muss
seine Wärme an einen kälteren Ort fließen. -
4:29 - 4:31Nämlich in die umgebende Luft.
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4:32 - 4:34So unplausibel es klingen mag,
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4:35 - 4:40die Wärme dieses Wasserbeckens
fließt in die Kälte des Weltraumes. -
4:42 - 4:44Wie ist das möglich?
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4:44 - 4:48Dieses Wasserbecken sendet,
wie die meisten natürlichen Materialien, -
4:48 - 4:50seine Wärme als Licht aus.
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4:51 - 4:53Das ist ein als Wärmestrahlung
bekanntes Konzept. -
4:54 - 4:57Tatsächlich senden wir uns alle
unsere Wärme gegenseitig -
4:57 - 5:00und an unsere Umgebung
als Infrarotlicht aus. -
5:01 - 5:03Wir können das mit Wärmebildkameras
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5:03 - 5:06und den Bildern, die sie erzeugen,
wie diese hier, visualisieren. -
5:07 - 5:09Das Wasserbecken sendet also seine Wärme
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5:09 - 5:11nach oben zur Atmosphäre.
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5:11 - 5:13Die Atmosphäre und die Moleküle darin
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5:13 - 5:16nehmen einen Teil dieser Wärme auf
und senden sie zurück. -
5:16 - 5:20Genau das ist der Treibhauseffekt,
der den Klimawandel verursacht. -
5:20 - 5:23Aber hier ist der entscheidende Punkt.
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5:23 - 5:26Unsere Atmosphäre
absorbiert nicht die ganze Wärme. -
5:27 - 5:30Wäre es so, hätten wir
einen viel wärmeren Planeten. -
5:30 - 5:31Bei bestimmten Wellenlängen,
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5:32 - 5:35insbesondere zwischen
8 und 13 Mikrometern, -
5:35 - 5:39hat unsere Atmosphäre
ein sogenanntes Transmissionsfenster. -
5:39 - 5:45Dieses Fenster lässt etwas von der Wärme,
die als Infrarotlicht hochstrahlt, -
5:45 - 5:48letztlich entweichen und die Wärme
dieses Beckens abtransportieren. -
5:49 - 5:53Sie kann an einen Ort gelangen,
der viel, viel kälter ist. -
5:54 - 5:56Die Kälte dieser oberen Atmosphäre
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5:56 - 5:58und des ganzen Weges
hinaus in den Weltraum, -
5:58 - 6:01der minus 270 Grad Celsius
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6:01 - 6:04bzw. minus 454 Grad Fahrenheit sein kann.
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6:05 - 6:09So kann das Wasserbecken
mehr Hitze zum Himmel senden, -
6:09 - 6:10als der Himmel zu ihm zurückschickt.
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6:10 - 6:12Deswegen wird das Becken
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6:12 - 6:15unter die Temperatur
seiner Umgebung abkühlen. -
6:16 - 6:20Das ist ein Effekt,
der als Nachthimmel-Kühlung -
6:20 - 6:21oder Strahlungskühlung bekannt ist.
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6:21 - 6:25Klimawissenschaftlern und Meteorologen
sahen ihn schon immer -
6:25 - 6:27als ein sehr wichtiges Naturphänomen an.
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6:29 - 6:30Als ich all das erfuhr,
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6:30 - 6:33war es gegen Ende
meiner Doktorarbeit in Stanford. -
6:33 - 6:37Über seine scheinbare Einfachheit
als Kühlmethode war ich erstaunt, -
6:38 - 6:39aber auch echt verwirrt.
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6:39 - 6:41Warum nutzen wir das nicht?
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6:43 - 6:45Wissenschaftler und Ingenieure
hatten dieses Konzept -
6:45 - 6:47in früheren Jahrzehnten untersucht.
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6:47 - 6:51Aber es stellte sich heraus,
dass es mindestens ein großes Problem gab. -
6:51 - 6:54Es wurde aus gutem Grund
als Nachthimmel-Kühlung bezeichnet. -
6:54 - 6:55Warum?
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6:55 - 6:58Es ist ein kleines Ding namens Sonne.
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6:58 - 7:01Die Oberfläche, die abkühlen soll,
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7:01 - 7:03muss auf den Himmel gerichtet sein.
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7:03 - 7:04Während der Tagesmitte,
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7:04 - 7:08wenn wir die Kühlung am meisten wollen,
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7:08 - 7:10bedeutet das leider,
dass die Sonne auf die Fläche scheint. -
7:10 - 7:13Die Sonne heizt
die meisten Materialien auf -
7:13 - 7:15und wirkt diesem Kühleffekt
vollständig entgegen. -
7:16 - 7:19Meine Kollegen und ich
denken viel darüber nach, -
7:19 - 7:22Materialien im sehr kleinen Maßstab
so zu strukturieren, -
7:22 - 7:25dass sie neue und nützliche
Dinge mit Licht tun können, -
7:25 - 7:28Längenbereiche, die kleiner sind
als die Wellenlänge des Lichts selbst. -
7:28 - 7:31Dank der Erkenntnisse
aus diesem Bereich, -
7:31 - 7:33bekannt als Nanophotonik
oder Metamaterialforschung, -
7:33 - 7:36wurde uns klar, dass es vielleicht
eine Methode gibt, -
7:36 - 7:38dies erstmals auch am Tage zu ermöglichen.
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7:38 - 7:41Dazu habe ich ein mehrschichtiges
optisches Material entworfen, -
7:41 - 7:43das Sie hier im Mikroskopbild sehen.
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7:43 - 7:46Es ist mehr als 40-mal dünner
als ein menschliches Haar. -
7:46 - 7:49Es kann zwei Dinge gleichzeitig.
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7:49 - 7:51Erstens: Es sendet seine Wärme
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7:51 - 7:55genau dort aus, wo unsere Atmosphäre
diese Wärme am besten durchlässt. -
7:55 - 7:57Wir zielten auf das Fenster zum Weltraum.
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7:58 - 8:01Zweitens: Es lässt sich
von der Sonne nicht erhitzen. -
8:01 - 8:03Es ist ein sehr guter Spiegel
für das Sonnenlicht. -
8:04 - 8:07Zum ersten Mal testete ich es
auf einem Dach in Stanford, -
8:07 - 8:09das Sie hier sehen.
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8:09 - 8:12Ich ließ das Gerät für eine Weile draußen,
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8:12 - 8:15und nach ein paar Minuten
ging ich wieder hin -
8:15 - 8:18und wusste sofort, dass es funktionierte.
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8:18 - 8:19Wie?
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8:19 - 8:21Ich berührte es
und es fühlte sich kalt an. -
8:21 - 8:25(Beifall)
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8:27 - 8:31Nur um zu betonen, wie merkwürdig
und kontraintuitiv das ist: -
8:31 - 8:33Dieses Material und andere werden kälter,
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8:33 - 8:36wenn wir sie aus dem Schatten nehmen,
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8:36 - 8:38obwohl die Sonne darauf scheint.
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8:38 - 8:41Das hier sind Daten
von unserem allerersten Experiment, -
8:41 - 8:43wo dieses Material mehr als 5° Celsius
-
8:43 - 8:47bzw. 9° Fahrenheit kälter
als die Lufttemperatur blieb, -
8:47 - 8:50obwohl die Sonne direkt darauf schien.
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8:51 - 8:54Das von uns verwendete Verfahren
zur Herstellung dieses Materials -
8:54 - 8:57existiert bereits für große Volumina.
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8:57 - 8:58Also war ich wirklich aufgeregt,
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8:58 - 9:01weil wir nicht nur etwas Cooles machen,
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9:01 - 9:06sondern vielleicht sogar die Chance haben,
etwas praktisch Nutzbares zu machen. -
9:07 - 9:09Das bringt mich zur nächsten großen Frage.
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9:09 - 9:12Wie spart man mit dieser Idee Energie?
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9:12 - 9:15Wir glauben, der direkteste Weg,
mit dieser Technologie Energie zu sparen, -
9:15 - 9:20ist die Effizienzsteigerung
für die heutigen Klima- und Kälteanlagen. -
9:21 - 9:24Dazu bauten wir Flüssigkeitskühlplatten,
wie die, die Sie hier sehen. -
9:24 - 9:27Die Platten sind so ähnlich geformt
wie solare Wassererhitzer, -
9:27 - 9:30außer dass sie das Gegenteil tun --
sie kühlen das Wasser passiv -
9:30 - 9:32mit unserem speziellen Material.
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9:33 - 9:35Diese Platten können dann
mit etwas kombiniert werden, -
9:35 - 9:38das fast jedes Kühlsystem hat:
einen Kondensator, -
9:38 - 9:41um die Effizienz
des Systems zu verbessern. -
9:41 - 9:45Unser Start-up, SkyCool Systems,
hat kürzlich in Davis, Kalifornien, -
9:45 - 9:48einen Feldversuch abgeschlossen,
wie hier zu sehen ist. -
9:48 - 9:49In der Vorführung zeigten wir,
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9:49 - 9:53dass wir die Effizienz dieses Kühlsystems
unter Praxisbedingungen -
9:53 - 9:55tatsächlich um ganze 12 Prozent
verbessern konnten. -
9:55 - 9:58In den nächsten 1-2 Jahren
freue ich mich darauf, -
9:58 - 10:01das bei den ersten
kommerziellen Pilotprojekten, -
10:01 - 10:04sowohl für Klima- als auch
für Kühlanlagen zu sehen. -
10:04 - 10:08In Zukunft könnten wir diese Platten
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10:08 - 10:11mit effizienteren Kühlsystemen
für Gebäude kombinieren -
10:11 - 10:14und ihren Energieverbrauch
um zwei Drittel reduzieren. -
10:14 - 10:18Schließlich könnten wir tatsächlich
ein Kühlsystem bauen, -
10:18 - 10:20das überhaupt keinen Strom benötigt.
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10:21 - 10:22Als ersten Schritt dorthin
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10:22 - 10:25haben meine Kollegen
von Stanford und ich gezeigt, -
10:25 - 10:26dass man mit besserer Technik
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10:26 - 10:32in der Tat etwas mehr als 42° Celsius
unter der Lufttemperatur halten könnte. -
10:33 - 10:34Vielen Dank.
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10:34 - 10:38(Beifall)
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10:39 - 10:42Man stelle sich das vor --
etwas, dessen Temperatur -
10:42 - 10:45an einem heißen Sommertag
unter dem Gefrierpunkt liegt. -
10:46 - 10:50Ich bin sehr aufgeregt, was wir alles
für Kühlung tun können, -
10:50 - 10:54und ich denke, dass es noch
viel mehr zu tun gibt. -
10:54 - 10:57Als Wissenschaftler zieht mich auch
eine grundlegendere Chance an, -
10:57 - 10:59die diese Arbeit nach aufzeigt.
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11:00 - 11:03Wir können die kalte Dunkelheit
des Weltraums nutzen, -
11:03 - 11:07um die Effizienz eines jeden
energiebezogenen Prozesses -
11:07 - 11:09
hier auf der Erde zu verbessern. -
11:09 - 11:12Einen solchen Prozess
möchte ich hervorheben: Solarzellen. -
11:13 - 11:15Die heizen sich in der Sonne auf
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11:15 - 11:17und werden umso ineffizienter,
je heißer sie werden. -
11:17 - 11:19Im Jahr 2015 haben wir gezeigt,
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11:19 - 11:23dass wir mit bestimmten Mikrostrukturen
auf der Oberseite einer Solarzelle -
11:23 - 11:26diese Kühlwirkung besser nutzen können,
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11:26 - 11:29um eine Solarzelle passiv bei einer
niedrigeren Temperatur zu halten. -
11:30 - 11:32Dies ermöglicht der Zelle,
effizienter zu arbeiten. -
11:33 - 11:36Wir erforschen diese Möglichkeit weiter.
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11:36 - 11:39Wir fragen uns, ob wir die Kälte
des Weltraums nutzen können, -
11:39 - 11:41um uns beim Wassersparen zu helfen
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11:41 - 11:44oder vielleicht bei Szenarien
mit Netzunabhängigkeit. -
11:44 - 11:48Vielleicht könnten wir mit dieser Kälte
sogar direkt Strom erzeugen. -
11:48 - 11:52Es gibt eine große Temperaturdifferenz
zwischen uns hier auf der Erde -
11:52 - 11:53und der Kälte des Weltraums.
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11:53 - 11:56Dieser Unterschied könnte zumindest
gedanklich verwendet werden, -
11:56 - 12:00um eine Wärmekraftmaschine anzutreiben
und Elektrizität zu erzeugen. -
12:00 - 12:04Könnten wir dann eine nächtliche
Stromerzeugungsmaschine bauen, -
12:04 - 12:06die brauchbare Mengen
an Elektrizität erzeugt, -
12:06 - 12:08wenn Solarzellen nicht funktionieren?
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12:08 - 12:10Könnten wir Licht
aus der Dunkelheit erzeugen? -
12:12 - 12:16Entscheidend dafür ist die Fähigkeit,
-
12:16 - 12:19die Wärmestrahlung,
die uns umgibt, zu steuern. -
12:19 - 12:22Wir sind immer in Infrarotlicht getaucht.
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12:23 - 12:25Wenn wir es uns gefügig machen könnten,
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12:25 - 12:31könnten wir die täglichen Wärme-
und Energieflüsse zutiefst verändern. -
12:31 - 12:35Diese Fähigkeit, gepaart mit
der kalten Dunkelheit des Weltraums, -
12:35 - 12:37weist uns auf eine Zukunft hin,
-
12:37 - 12:40in der wir als Zivilisation
in der Lage sein könnten, -
12:40 - 12:45unsere thermische Energiebilanz
im größten Stil intelligenter zu steuern. -
12:46 - 12:48Wenn wir uns dem Klimawandel stellen,
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12:48 - 12:53wird sich diese Fähigkeit
als unerlässliches Werkzeug erweisen. -
12:53 - 12:57Wenn Sie das nächste Mal
draußen herumlaufen, -
12:57 - 13:03bewundern Sie, wie notwendig die Sonne
für das Leben auf der Erde ist. -
13:03 - 13:05Aber vergessen Sie nicht,
-
13:05 - 13:09dass uns der Rest des Himmels
auch etwas zu bieten hat. -
13:09 - 13:10Vielen Dank.
-
13:10 - 13:13(Beifall)
- Title:
- Wie man die Kälte des Weltraums als erneuerbare Ressource nutzen kann
- Speaker:
- Aaswath Raman
- Description:
-
Was wäre, wenn wir die Kälte des Weltraums zur Kühlung von Gebäuden auf der Erde nutzen könnten? In diesem atemberaubenden Vortrag erläutert der Physiker Aaswath Raman die von ihm entwickelte Technologie, um die "Nachthimmel-Kühlung" -- ein Naturphänomen, bei dem Infrarotstrahlung die Erde Richtung Weltraum verlässt und so Wärme abtransportiert -- nutzbar zu machen, wodurch der Energiebedarf unserer Kühlsysteme dramatisch sinken würde. Erfahren Sie mehr darüber, wie dieser Ansatz in eine Zukunft weist, in der wir die Energie des Universums geschickt anzapfen.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:30
Angelika Lueckert Leon edited German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Angelika Lueckert Leon approved German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Angelika Lueckert Leon edited German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Johannes Duschner accepted German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Johannes Duschner edited German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Andreas Herzog edited German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Johannes Duschner declined German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Johannes Duschner edited German subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource |