Bagaimana kita dapat mengubah dinginnya luar angkasa menjadi sumber daya alam yang dapat diperbarui

Bagaimana jika kita dapat menggunakan kegelapan dingin luar angkasa untuk mendinginkan bangunan di bumi? Dalam permbicaraan yang keren ini, Aaswath Raman menceritakan tentang teknologi yang beliau kembangkan untuk memanfaatkan "pendinginan malam hari" -- fenomena natural di mana cahaya inframerah keluar dari bumi dan pergi ke luar angkasa, membawa panas dengannya -- yang dapat mengurangi energi yang digunakan oleh sistem pendingin kita secara drastis. Pelajarilah lebih lanjut tentang bagaimana pendekatan ini dapat mengarahkan kita ke masa depan di mana kita dapat menggunakan energi alam semesta dengan bijak.

Setiap musim panas semasa kecil saya,

saya pergi dari rumah saya di Kanada
untuk menjenguk kakek nenek saya

di Mumbai, India.

Musim panas di Kanada cukup sejuk --

sekitar 22 derajat Celcius
atau 72 derajat Farenheit

ini musim panas yang biasa,
dan tidak terlalu panas

Sedangkan Mumbai,
adalah tempat yang panas dan lembab

sekitar 30-an Celcius
atau 90-an Farenheit.

Saat saya mendarat di Mumbai,
saya berpikir,

"Bagaimana orang bisa hidup, bekerja
atau tidur dalam cuaca seperti ini?"

Parahnya, kakek nenek
saya tidak memiliki pendingin ruangan.

Dan meskipun saya berusaha
sebisa mungkin,

Saya tidak berhasil membujuk
mereka untuk membelinya.

Tetapi kondisi berubah dan dengan cepat.

Sistem pendingin saat ini
secara keseluruhan menyumbang 17 persen

dari listrik yang kita gunakan
di seluruh dunia.

Ini termasuk semuanya
dari pendingin ruangan

yang saya sangat inginkan
pada liburan musim panas saya

pada sistem pendingin yang membuat makanan
tetap baik dan dingin

di supermarket,

hingga sistem skala industri yang menjaga
agar pusat data tetap bekerja.

Secara keseluruhan, sistem-sistem ini
menyumbang delapan persen

dari emisi gas rumah kaca secara global.

Tapi, ini yang membuat saya gelisah
tiap malam

bahwa penggunaan energi untuk pendingin
bisa meningkat enam kali lipat pada 2050,

terutama penggunaan yang meningkat pada
negara-negara di Asia dan Afrika.

Saya menyaksikan ini secara langsung.

Hampir setiap apartemen di sekitar
dan di tempat nenek saya

sekarang mempunyai pendingin ruangan.

Dan itu, sungguh merupakan
hal yang baik

untuk kesehatan, kesejahteraan,
dan produktivitas

bagi orang yang hidup di iklim panas.

Namun, salah satu hal paling
mengkhawatirkan tentang perubahan iklim

bahwa semakin panas planet kita,

semakin kita butuh sistem pendingin --

sistem yang menjadi penghasil besar
emisi gas rumah kaca.

Ini berpotensi menyebabkan
suatu umpan balik,

dengan sistem pendingin saja

dapat menjadi penghasil emisi
gas rumah kaca terbesar

pada abad ini.

Pada kasus terburuk,

kita mungkin memerlukan lebih dari 10
triliun kWh listrik setiap tahun,

hanya untuk pendinginan pada tahun 2100.

Itu setengah dari listrik kita
yang tersedia saat ini.

Hanya untuk sistem pendingin.

Tetapi ini mungkin dapat mengarahkan
kita pada peluang yang besar.

Peningkatan efisiensi dari setiap
sistem pendingin sebesar 10 atau 20 persen

dapat berpengaruh besar
pada emisi gas rumah kaca kita,

saat ini dan di masa depan.

Dan itu dapat mencegah kasus
umpan balik tersebut.

Saya adalah ilmuwan yang banyak
bekerja tentang cahaya dan panas.

Khususnya, bagaimana bahan baru
dapat mengubah aliran

dari unsur dasar alam ini

dalam cara yang kami dulu kira mustahil.

Seiring saya memahami
arti pendinginan,

selama liburan musim panas saya,

saya bergairah mengerjakan masalah ini

karena teka-teki intelektual yang
saya temui sekitar enam tahun yang lalu.

Bagaimana manusia zaman dulu
dapat membuat es di iklim gurun?

Ini adalah foto rumah es,

juga bernama Yakhchal,
yang terletak di barat laut Iran.

Ada lusinan runtuhan seperti
ini di seluruh Iran,

dengan bukti dari bangunan yang
hampir sama di seluruh Timur Tengah

dan sampai ke Cina.

Orang-orang yang membuat rumah es ini
berabad-abad yang lalu

akan menuangkan air ke kolam
yang Anda lihat di sisi kiri

pada sore hari,
saat matahari mulai tenggelam,

Lalu terjadi sesuatu yang menakjubkan.

Meskipun suhu udara
mungkin di atas titik beku,

misal 5 derajat Celcius
atau 41 derajat Fahrenheit,

air tadi bisa membeku.

Es yang dihasilkan lalu dikumpulkan
di pagi hari

dan disimpan untuk penggunaan
di gedung yang Anda lihat di sisi kanan.

begini terus dilakukan,
sepanjang musim panas.

Anda mungkin pernah
melihat sesuatu yang serupa

jika Anda perhatikan embun membeku
di tanah pada malam yang cerah,

bahkan saat suhu udaranya
jauh di atas titik beku.

Tunggu.

Bagaimana air dapat membeku
jika suhu udara di atas titik beku?

Penguapan mungkin punya pengaruh,

tetapi itu tidak cukup untuk
menyebabkan air menjadi es.

Pasti sesuatu yang lain membekukannya.

Bayangkan kue yang didinginkan
dekat jendela.

Biar bisa dingin, panasnya harus
mengalir ke tempat yang lebih sejuk,

Tak lain, udara yang mengelilinginya.

Meski tidak masuk akal kedengarannya,

untuk kolam air itu, panasnya
sebenarnya mengalir ke luar angkasa.

Bagaimana bisa?

Kolam air itu,
seperti kebanyakan bahan alami

mengirimkan panasnya sebagai cahaya.

Konsep ini dinamakan radiasi termal.

Sebenarnya, kita semua mengantarkan panas
sebagai cahaya inframerah sekarang

kepada satu sama lain dan sekeliling kita.

Kita dapat menggambarkan ini
menggunakan kamera termal

dan gambar yang dihasilkan,
seperti yang saya tunjukkan sekarang.

Jadi kolam air itu
mengantarkan panasnya

ke atas menuju atmosfer.

Atmosfer dan molekul di dalamnya

menyerap sebagian panasnya itu
dan mengirimnya kembali.

Itu sebenarnya efek rumah kaca yang
bertanggungjawab atas perubahan iklim.

Tetapi ini adalah hal paling
penting untuk difahami,

Atmosfer kita tidak menyerap
semua panas itu.

Jika diserap semua, kita akan berada
di planet yang jauh lebih panas.

Pada panjang gelombang tertentu,

khususnya di antara delapan dan 13 mikron,

atmosfer kita mempunyai apa
yang disebut jendela transmisi.

Jendela ini memungkinkan sebagian panas
yang naik sebagai cahaya inframerah

untuk keluar secara efektif,
membawa panas kolam air.

Dan ia dapat pergi ke
tempat yang jauh lebih dingin.

Ke atmosfer atas yang dingin

dan ke luar angkasa

yang dinginnya dapat mencapai
minus 270 derajat Celcius,

atau minus 454 derajat Fahrenheit.

Jadi kolam air itu dapat mengantarkan
panas ke langit yang lebih banyak

daripada yang dikembalikan oleh langit.

Dan karena itu,

kolam akan mendingin
di bawah suhu lingkungannya.

Efek ini dikenal dengan
pendinginan langit malam,

atau pendinginan radiatif.

Dan ini sudah dipahami oleh
ilmuwan iklim dan ahli cuaca

sebagai fenomena alami
yang sangat penting.

Saat saya menemukan semua ini,

yaitu saat akhir S3 saya di Stanford.

Dan saya kagum dengan betapa
sederhana cara pendinginan

tetapi juga membingungkan.

Mengapa kita tidak memanfaatkan ini?

Nah, ilmuwan dan
insinyur telah meneliti ide ini

dalam puluhan tahun sebelumnya.

Tetapi ada satu masalah besar.

Dinamakan pendinginan langit malam
untuk suatu alasan.

Mengapa?

Baik, ini hal kecil bernama matahari.

Jadi, untuk permukaan yang
melakukan pendinginannya,

permukaannya harus menghadap langit.

Dan di saat tengah siang hari,

saat kita saat menginginkan
sesuatu yang dingin,

sayangnya, itu berarti Anda harus
menghadap ke matahari,

Dan matahari memanaskan banyak benda,

cukup panas untuk sepenuhnya
menetralkan efek pendinginan ini.

Saya dan rekan-rekan
menghabiskan banyak waktu

memikirkan bagaimana kami
dapat menyusun bahan

pada skala panjang yang sangat kecil

agar mereka dapat melakukan hal
yang baru dan berguna dengan cahaya --

skala panjang yang lebih kecil dari
panjang gelombang cahaya sendiri.

Menggunakan pengetahuan dari bidang ini,

yang bernama nanofotinik
atau riset metamaterial,

kami sadar ada jalan
yang ini bisa dilakukan pada siang hari

untuk pertama kalinya.

Untuk melakukannya, saya mendesain
bahan optik multilayer

ditunjukkan dalam
gambar hasil mikroskop ini.

Ini 40 kali lebih tipis dari
rambut manusia umumnya.

Dan ini dapat melakukan dua hal
pada waktu yang sama.

Pertama, bisa mengeluarkan panas,

dengan tepat di mana atmosfer kita
mengeluarkan panas.

Kami menyasar jendela ke luar angkasa.

Hal kedua yang dapat dilakukannya adalah
menghindari pemanasan oleh matahari.

Ini cermin yang baik
terhadap cahaya matahari.

Pertama kali saya menguji ini
yaitu di atas atap kampus Stanford

yang saya tunjukkan di sini.

Saya meletakkan alat
untuk beberapa saat,

dan saya melihatnya
setelah beberapa menit,

dan dalam beberapa detik,
saya tahu itu bekerja.

Bagaimana?

Saya menyentuhnya, dan rasanya dingin

(Tepuk tangan)

Hanya untuk menegaskan seberapa aneh
dan berlawanan dengan intuisi ini:

bahan ini, dan bahan sepertinya,

akan bertambah dingin, saat kita
mengeluarkannya dari tempat teduh

meskipun matahari bersinar di atasnya.

Saya menunjukkan data di sini
dari percobaan pertama kami,

ketika bahan itu bertahan
lebih dari lima derajat Celcius

atau sembilan derajat Farenheit,
lebih dingin daripada suhu udara

meskipun matahari bersinar
tepat di atasnya.

Metode pembuatan yang kami gunakan
untuk membuat bahan ini

sudah ada pada skala volume besar.

Jadi saya sangat gembira,

karena kami tidak hanya
membuat sesuatu yang keren

tapi juga kesempatan melakukan sesuatu
yang nyata dan berguna.

Itu membawa saya ke
pertanyaan besar berikutnya.

Bagaimana kita dapat menghemat
energi dengan ide ini?

Kami percaya cara paling langsung untuk
menghemat energi dengan teknologi ini

adalah peningkatan efisiensi

untuk sistem pendingin ruangan
dan pendinginan makanan.

Untuk melakukan ini,
kami bangun panel pendingin cairan.

seperti yang ditunjukkan di sini.

Bentuk panel ini seperti
pemanas air tenaga surya,

tetapi melakukan hal sebaliknya --
airnya didinginkan, secara pasif,

menggunakan bahan khusus ini.

Panel ini kemudian dapat
digabungkan dengan bagian

yang hampir semua sistem pendinginan
memilikinya yaitu kondensator

untuk meningkatkan efisiensi
sistem tersebut.

Start-up kami, bernama SkyCool Systems,

baru saja menyelesaikan percobaan lapangan
di Davis, California.

Dalam demonstrasi itu,

kami menunjukkan bahwa
kami dapat meningkatkan efisiensi

sebanyak 12 persen di lapangan.

Satu atau dua tahun berikutnya,

saya sangat gembira karena ini
meluncur pada skala komersial pertama kali

dalam pasar sistem pendinginan.

Ke depannya, kami mungkin
dapat menggabungkan panel ini

dengan sistem pendinginan
yang lebih efisien

untuk mengurangi penggunaan
energinya sebanyak dua per tiga.

Dan akhirnya, kami mungkin dapat
membangun sistem pendinginan

yang tidak memerlukan listrik sama sekali.

Sebagai langkah pertamanya,

saya dan rekan-rekan saya di Stanford

telah menunjukkan bahwa Anda
dapat mempertahankan

sesuatu lebih dari 42 derajat
Celcius di bawah suhu udara

dengan teknik yang lebih baik.

Terima kasih.

(Tepuk tangan)

Jadi bayangkan --

sesuatu yang ada di bawah titik beku
di siang hari yang panas.

Jadi, saya sangat senang bisa melakukan
sesuatu untuk pendinginan,

tapi saya kira, ada banya hal
yang masih perlu dilakukan.

Sebagai ilmuwan, saya tertarik pada
kesempatan yang lebih besar

yang saya percaya karya ini menarik.

Kita dapat menggunakan gelap dan dinginnya
luar angkasa

untuk meningkatkan efisiensi

dari setiap proses yang terkait
dengan energi di bumi.

Salah satu proses yang ingin
saya soroti adalah sel surya.

Mereka memanas di bawah matahari

dan semakin panasnya,
mereka menjadi kurang efisien.

Tahun 2015, kami menunjukkan bahwa dengan
mempertimbangkan jenis mikrostruktur

di atas sel surya,

kami dapat lebih memanfaatkan
efek pendingan ini

untuk menjaga sel surya
pada suhu lebih rendah secara pasif.

Hal ini bisa membuat sel surya
bekerja lebih efisien.

Kami sedang menyelidiki
kesempatan ini lebih lanjut.

Kami sedang meneliti apakah kami dapat
menggunakan dinginnya luar angkasa

untuk membantu dengan penghematan air.

Atau mungkin dengan
skenario yang tak terduga.

Mungkin kita dapat menghasilkan listrik
secara langsung dengan dingin ini.

Ada perbedaan suhu yang besar
di antara kita di Bumi dan

dinginnya luar angkasa.

Perbedaan itu, secara konsep,

dapat digunakan untuk menggerakkan
sesuatu bernama mesin panas

untuk menghasilkan listrik.

Bisakah kita membuat
alat penghasil listrik malam hari

yang bisa menghasilkan
jumlah listrik yang cukup

saat sel surya tidak bekerja?

Bisakah kita membuat
cahaya dari kegelapan?

Hal utamanya yaitu
kemampuan untuk mengelola

radiasi termal yang ada di sekitar kita.

Kita senantiasa bermandikan
cahaya inframerah;

jika kita dapat memanfaatkan
sesuai keinginan kita,

kita dapat mengubah aliran
panas dan energi

yang kita serap setiap hari.

Kemampuan ini, digabung dengan
gelap dan dinginnya luar angkasa

menunjukkan masa depan tempat kita,
sebagai suatu peradaban

mungkin dapat mengelola jejak
energi kita dengan lebih bijak

pada skala terbesar.

Saat kita menghadapi perubahan iklim,

saya percaya bahwa mempunyai kemampuan ini

akan sangat bermanfaat.

Berikutnya, saat Anda jalan-jalan di luar.

Ya, kagumilah pentingnya matahari
terhadap kehidupan di bumi,

tetapi jangan lupa bahwa bagian
langit lainnya juga bermanfaat.

Terima kasih.

(Tepuk tangan)