-
Title:
Hogyan alakíthatjuk a világűr hidegét megújuló energiává?
-
Description:
Mi lenne, ha a világűr hideg sötétjét a földi épületek hűtésére használhatnánk? Elképesztő előadásában Aaswath Raman fizikus kifejti, milyen technológiát fejlesztettek ki az éjszakai égből származó hűtésre, arra a jelenségre, amelyben infravörös fény hagyja el a Földet a világűr irányában, s közben magával viszi a hőt. Ez gyökeresen csökkentheti a hűtőrendszerek energiafelhasználását. Tudjunk meg többet arról, mit kínál nekünk e megközelítés a jövőben, ahol intelligensen megcsapolhatjuk a világmindenség energiáját.
-
Speaker:
Aaswath Raman
-
Siheder koromban nyaranta
-
Kanadából haza-hazalátogattam
-
az indiai Mumbaiban élő nagyszüleimhez.
-
A kanadai nyarak elég kellemesen enyhék,
-
a hőmérséklet kb. 22 °C
-
nyáron napközben; nem túl meleg.
-
Viszont Mumbai forró és nedves hely,
-
jócskán 30 °C feletti hőmérsékletű.
-
Odaérve mindig megkérdeztem:
-
"Hogy képes bárki élni, dolgozni
vagy aludni ilyen időben?"
-
Ráadásul nagyszüleimnek
nem volt légkondicionálójuk.
-
Noha mindent bevetettem,
-
képtelen voltam meggyőzni őket,
hogy szerezzenek be egyet.
-
De a dolgok gyorsan változnak.
-
A világon fölhasznált villamos áram
17 százalékát jelenleg
¶
-
hűtőrendszerekre fordítjuk.
-
Ez mindent felölel: a légkonditól kezdve,
-
amelyre oly iszonyúan vágytam
nyári szünidőim idején,
-
a szupermarketekben élelmünket
-
biztosan hidegen tartó hűtőrendszerekig,
-
az adatközpontokat működőképesen
tartó ipari léptékű rendszerekig.
-
E rendszerek összességükben
-
a világon az üvegházhatású gázok
kibocsátásának 8%-át adják.
-
Azért forgolódom éjszakánként álmatlanul,
¶
-
mert a hűtésre fordított energia
2050-re a hatszorosára nőhet,
-
amelyet elsősorban az ázsiai és afrikai
országok fokozott fölhasználása okoz.
-
Saját szememmel láttam.
-
Nagyszüleimnél és környékükön
-
majdnem minden lakásban van légkondi.
-
Ez határozottan jó dolog
-
a meleg klímában élők
egészsége, jó közérzete
-
és termelékenysége szempontjából.
-
De a klímaváltozás szempontjából
a legriasztóbb következmény,
-
hogy minél jobban melegszik bolygónk,
-
annál inkább szükségünk lesz
hűtőrendszerekre,
-
amelyek maguk is rengeteg
üvegházhatású gázt bocsátanak ki.
-
Ez esetleg visszacsatolási hurkot okoz,
-
ahol pusztán a hűtőrendszerek válhatnak
-
az üvegházhatású gázok
legnagyobb forrásává
-
e század folyamán.
-
A legrosszabb esetben évente esetleg
-
több mint 10 billió kWh
villamos energiára lesz szükség,
-
csak hűtésre 2100-ig.
-
Ez mai villamosenergia-
fölhasználásunk fele.
-
Csakis hűtésre.
-
De ez elképesztő lehetőségre is rámutat.
-
A hűtőrendszerek hatékonyságának
10-20%-os javítása
-
ma és századunkban óriási hatással lehet
-
az üvegházhatású gázok kibocsátására.
-
Ez pedig megelőzheti a legrosszabb
visszacsatolási hurok kialakulását.
-
Tudósként sokat töprengek
a fényről és a hőről.
¶
-
Nevezetesen: új anyagok
miként teszik lehetővé
-
e természeti elemek
áramlásának megváltoztatását
-
eddig elképzelhetetlennek tartott módon.
-
Noha mindig is értettem
-
a szünidőim alatti hűtés jelentőségét,
-
valójában egy hat évvel ezelőtti
intellektuális rejtély ösztökélt,
-
hogy e problémán dolgozzam.
-
Hogy sikerült az ősi népeknek jeget
csinálniuk sivatagi körülmények között?
-
A kép jégvermet, azaz jakcsált ábrázol,
-
amely Irán délnyugati részén található.
-
Iránban ilyenek romjai tucatjával vannak,
-
akárcsak hasonló építményekéi
a Közel-Kelet többi részén,
-
egészen Kínáig terjedően.
-
A több száz évvel ezelőtt
a jégvermekkel foglalkozók
¶
-
vizet öntöttek a balra látható medencébe
-
napnyugta után a kora esti órákban.
-
Majd valami elképesztő történt.
-
Bár a levegő hőmérséklete
meghaladta a fagypontot,
-
mondjuk, az 5 °C-ot,
-
a víz mindig megfagyott.
-
A képződött jeget hajnalban begyűjtötték,
-
és a jobbra látható építményben tárolták
-
egész nyáron.
-
Talán láttak már hasonlót,
-
ha megfigyeltek derült éjszaka
talajon képződő zúzmarát,
-
még ha a hőmérséklet
jóval fagypont fölötti volt is.
-
Pillanat.
-
Hogy fagyott meg a víz
fagypont fölötti hőmérsékleten?
-
Játszhatott szerepet a párolgás,
-
de az kevés a víz jéggé alakulásához.
-
Valami más hűthette le.
-
Gondoljunk az ablakpárkányon
hűlő süteményre.
¶
-
Hogy lehűljön, a hőnek
hűvösebb helyre kell távoznia.
-
Nevezetesen: a környező levegőbe.
-
Bármi hihetetlennek hangozzék is,
-
a medence vizének hője
a hideg világűrbe távozik.
-
-
A vízmedence –
akár a többi természetes anyag –
-
hőjét fény alakjában sugározza ki.
-
Ez a hősugárzás fogalma.
-
Mindannyian most is infravörös fény
alakjában sugározzuk ki hőnket
-
egymás felé és a környezetünkbe.
-
Hőkamerákkal ez láthatóvá is tehető,
-
és a keletkezett képek ilyesfélék,
amiket itt mutatok.
-
Tehát a vízmedence
-
a légkörbe sugározza a hőjét.
-
A légkör és a benne lévő molekulák
-
a hő egy részét elnyelik
és visszasugározzák.
-
Az oka a klímaváltozást
eredményező üvegházhatás.
-
De egy lényeges dolgot meg kell értenünk.
¶
-
Nem az összes hőt nyeli el légkörünk.
-
Ha így lenne, jóval
melegebb bolygón élnénk.
-
Bizonyos hullámhosszon,
-
konkrétan a 8–13 mikronos sávban van
-
légkörünk ún. átviteli ablaka.
-
Az ablakon keresztül hatékonyan szökik el
-
az infravörös fény alakjában
terjedő hő a medencéből.
-
Sokkal-sokkal hidegebb helyre szökhet el.
-
A hideg felső légkörbe
-
és a messzi világűrbe,
-
amelynek hőmérséklete
-
elérheti a –270 °C-ot.
-
A vízmedence több hőt
sugároz az atmoszférába,
-
mint viszont.
-
Emiatt hűl le a medence
-
a környezőnél alacsonyabb hőmérsékletre.
-
Ez az éjszakai lehűlés,
-
avagy a sugárzó lehűlés hatása.
-
Klímakutatók és meteorológusok
-
ezt mindig igen fontos
természeti jelenségnek tartották.
-
Akkor találkoztam a jelenséggel,
¶
-
amikor a Stanfordon
a doktorim vége felé jártam.
-
Elképedtem, mennyire nyilvánvalóan
egyszerű hűtési módszer,
-
de mégis tanácstalan voltam.
-
Miért nem alkalmazzuk?
-
Kutatók és mérnökök megvizsgálták az elvet
-
az elmúlt évtizedekben.
-
De legalább egy nagy hátulütő kiderült.
-
Nem véletlenül éjszakai lehűlés a neve.
-
Miért?
-
Egy picinyke dolog, a Nap miatt.
-
A hűtőfelületnek
-
az ég felé fordíthatónak kell lennie.
-
Délben pedig,
-
amikor a legjobban vágyunk valami hidegre,
-
sajnos, a Napba kell néznünk.
-
A Nap az anyagok zömét eléggé fölmelegíti,
-
hogy teljesen ellensúlyozza a hűtőhatást.
-
Munkatársaimmal sok időt töltöttem azzal,
¶
-
hogy rájöjjünk, miként alakítsuk úgy
-
nagyon kis hullámhosszon
az anyagszerkezetet,
-
hogy új és hasznos dolgot
műveljen a fénnyel –
-
a hullámhossztartomány szűkebb,
mint magáé a fényé.
-
A nanooptikai vagy metaanyagok kutatása
-
néven ismert terület ismeretében
-
mi jöttünk rá először,
hogy létezik módszer,
-
amellyel ez napközben megvalósítható.
-
Ehhez több rétegű
optikai anyagot terveztünk,
¶
-
amely mikroszkopikus képe itt látható.
-
Az emberi hajszálnál
több mint 40-szer vékonyabb.
-
Egy időben két dologra képes.
-
Először: a hőt pont ott engedi át,
-
ahol a légkör a hőt a legjobban engedi át.
-
A világűrbe vezető ablakot vettük célba.
-
A másik: nem melegszik föl a napfénytől.
-
Nagyon jól visszatükrözi a napfényt.
-
Stanfordi háztetőn teszteltem először.
-
Itt mutatom.
-
Egy kis időre kinn hagytam a készüléket,
-
pár perc múlva visszamentem,
-
és rögtön láttam, hogy működik.
-
Hogyan?
-
Megérintettem és hidegnek éreztem.
-
-
Csak érzékeltetésül, mennyire fura
és a józan észnek ellentmondó ez:
¶
-
ez az anyag és a hozzá hasonlók
-
lehűlnek, ha a napra tesszük,
-
hiába süti őket hét ágra a nap.
-
Itt láthatók első kísérleti adataink.
-
Kísérletünkben az anyagot
-
5 °C-kal a levegő hőmérséklete
alatt tartottuk,
-
noha a nap közvetlenül sütötte.
-
Az anyag gyártástechnológiája
-
már ma is tömeggyártásinak tekinthető.
-
Tényleg izgatott lettem,
-
mert nemcsak hogy valami
klasszat hoztunk létre,
-
hanem valami valódit és hasznosat is.
-
Ez elvezet a következő kérdésig.
-
Hogyan takarítható meg
energia ezzel az ötlettel?
¶
-
E technológiával az energiamegtakarítás
legközvetlenebb módja,
-
ha a mai légkondicionáló és hűtőrendszerek
-
hatásfokát följavítjuk.
-
Ehhez folyadék-hűtőlapot készítettünk,
-
mint ami itt látható.
-
Alakja hasonlít a napkollektoréra,
-
azzal az eltéréssel, hogy feladata
ellentétes: passzívan hűti a vizet
-
különleges anyagunk révén.
-
A lapok a majd minden
hűtőrendszerben meglévő alkatrésszel,
-
a kondenzátorral is egybeépíthetők,
-
amely még növeli a rendszer hatásfokát.
-
Startup cégünk, a SkyCool Systems,
-
nemrég fejezte be a kaliforniai
Davisben folytatott terepkísérletét.
-
Az itt látható bemutatón szemléltettük,
-
hogy a hűtőrendszer hatásfokát
-
terepen 12%-kal tudtuk növelni.
-
A következő 1-2 évben nagyon várom,
¶
-
hogy az első kereskedelmi léptékű projekt
-
mind a légkondicionálók,
mind a mélyhűtők terén elindul.
-
A jövőben talán összeépíthetjük
ezeket a lapokat
-
jobb hatásfokú épülethűtő rendszerekkel,
-
és ezzel energiafelhasználásukat
2/3-ával csökkenthetjük.
-
Végül, tudnánk hűtőrendszert is építeni,
-
amely nem igényelne villamos energiát.
-
Ennek első lépéseként
-
stanfordi munkatársaimmal
együtt bemutattuk,
-
hogy a levegő hőmérsékleténél
-
több mint 42 °C-kal alacsonyabb
hőmérsékletet is fenntarthatunk
-
jobb műszaki megoldással.
-
-
-
-
valami fagypont alattit
a nyári rekkenő hőségben.
-
Miközben lelkesít,
amit a hűtés érdekében tehetünk,
-
de persze még rengeteg a dolgunk,
-
kutatóként az a tágabb lehetőség is vonz,
-
amely jelen munkámban tükröződik.
-
Felhasználhatjuk a világűr hideg sötétjét
-
az energiával összefüggő valamennyi
folyamat hatékonysága növelésére
-
itt a Földön.
-
Egy folyamatot emelek ki, a napelemeket.
-
Napfény hatására melegszenek fel,
-
és minél melegebbek,
annál kisebb a hatásfokuk.
-
2015-ben kimutattuk,
hogy a napelem felületén lévő
-
bizonyos mikroszerkezettel
-
jobban kihasználhatjuk ezt a hűtőhatást,
-
hogy a napelemet passzívan
alacsony hőmérsékleten tartsuk.
-
Emiatt a napelem jobb hatásfokkal működik.
-
Tovább kísérletezünk
az efféle megoldásokkal.
-
Az a kérdés, hogyan használhatjuk
a világűr hidegét
-
a vízkészlet megőrzésére.
-
Vagy a hálózatfüggetlen
energiatermelésben.
-
Talán közvetlenül energiát is
termelhetünk ezzel a hideggel.
-
Nagy a különbség
-
a Föld és a világűr hőmérséklete között.
-
A különbség – legalábbis fogalmilag –
-
ún. hőerőgép hajtására is használható:
-
villamosenergia-termelésre.
-
Aztán készíthetünk-e éjszakai
energiatermelő berendezést,
-
mellyel hasznos mennyiségű
villamos energia állítható elő,
-
amikor a napelemek nem működnek?
-
Termelhetünk-e fényt a sötétségből?
-
-
hogy felhasználjuk-e
a köröttünk lévő hősugárzást.
-
Állandóan infravörös fényben fürdünk;
-
és ha uralmunk alá hajtjuk,
-
alapvetően módosíthatjuk
a hő- és energiaáramlást,
-
amelyek nap mint nap áthatolnak rajtunk.
-
Ez a képesség, amely párosul
a világűr hideg sötétjével,
-
irányt mutat a jövőt illetően,
ahol mi civilizációként
-
képesek lehetünk intelligensebben
menedzselni hőenergiai lábnyomunkat
-
a legszélesebb léptékben.
-
Az éghajlat-változással szembesülve
¶
-
hiszem, hogy e képesség
eszközként alkalmazva
-
létfontosságúnak bizonyul.
-
Legközelebbi sétájukon
-
álmélkodjanak el, mennyire létfontosságú
a Nap a földi élethez,
-
de ne feledjék el, hogy az ég többi
része is tartogat nekünk valamit.
-
-