De koude van het heelal gebruiken als hernieuwbare energiebron
-
0:02 - 0:04Toen ik opgroeide, vloog ik elke zomer
-
0:04 - 0:07van mijn thuis in Canada
naar mijn grootouders -
0:07 - 0:09in Mumbai, India.
-
0:09 - 0:12Nu zijn Canadese zomers
in het beste geval vrij mild -- -
0:12 - 0:16ongeveer 22°C of 72°F
-
0:16 - 0:19is een typische zomerdag –-
en niet te warm. -
0:19 - 0:22Mumbai is daarentegen
een warme en vochtige plaats -
0:22 - 0:26met temperaturen boven de 30°C of 90°F.
-
0:26 - 0:28Zodra ik aankwam, vroeg ik:
-
0:28 - 0:32"Hoe kan iemand wonen, werken
of slapen in een dergelijke weer?" -
0:34 - 0:37En dan hadden mijn grootouders
niet eens een airconditioner. -
0:38 - 0:40Hoe ik ook mijn best deed,
-
0:40 - 0:43ik kon hen nooit overtuigen
om er een aan te schaffen. -
0:44 - 0:47Maar dit is aan het veranderen, en snel.
-
0:48 - 0:52Koelsystemen verbruiken
vandaag gezamenlijk -
0:52 - 0:55wereldwijd 17% van alle elektriciteit.
-
0:55 - 0:57Dit omvat alles: van de airconditioners
-
0:57 - 1:00die ik zo graag wilde
tijdens mijn zomervakanties, -
1:00 - 1:04tot de koelsystemen om ons voedsel
veilig en koud te houden -
1:04 - 1:05in onze supermarkten
-
1:05 - 1:09en de grootschalige systemen die
onze datacenters aan de gang houden. -
1:10 - 1:13Samen zijn deze systemen goed voor 8%
-
1:13 - 1:15van de wereldwijde uitstoot
van broeikasgassen. -
1:16 - 1:18Waar ik niet van slaap, is dat tegen 2050
-
1:18 - 1:22ons energieverbruik voor koeling
zes maal groter zou kunnen worden, -
1:22 - 1:27voornamelijk door een intensiever gebruik
in Aziatische en Afrikaanse landen. -
1:27 - 1:29Ik heb dit met eigen ogen gezien.
-
1:29 - 1:32Bijna elk appartement
in de buurt van mijn oma -
1:32 - 1:34heeft nu een airconditioner.
-
1:34 - 1:37En dat is vooral een goede zaak
-
1:37 - 1:40voor gezondheid, welzijn en productiviteit
-
1:40 - 1:43van mensen die in warmere klimaten wonen.
-
1:44 - 1:48Een van de meest verontrustende dingen
over de klimaatwijziging is echter -
1:48 - 1:50dat naarmate onze planeet warmer wordt,
-
1:50 - 1:53we meer koelsystemen
gaan nodig hebben -- -
1:53 - 1:57systemen die zelf grote
uitstoters van broeikasgassen zijn. -
1:57 - 2:00Dat kan een terugkoppeling veroorzaken
-
2:00 - 2:02waardoor koelsystemen alleen al
-
2:02 - 2:05een van onze grootste bronnen
van broeikasgassen kunnen worden -
2:05 - 2:06later deze eeuw.
-
2:07 - 2:08In het ergste geval hebben we
-
2:08 - 2:12wellicht jaarlijks meer dan 10 biljoen
kilowattuur elektriciteit nodig. -
2:12 - 2:14Alleen voor koeling, tegen het jaar 2100.
-
2:15 - 2:18Dat is de helft van onze
elektriciteitsvoorziening vandaag. -
2:18 - 2:19Alleen voor koeling.
-
2:21 - 2:25Maar dit wijst ook op een geweldige kans.
-
2:25 - 2:30Een 10 of 20% verbetering van
de efficiëntie van elk koelsysteem -
2:30 - 2:34kan een enorme impact hebben
op onze uitstoot van broeikasgassen, -
2:34 - 2:36zowel vandaag als later deze eeuw.
-
2:38 - 2:43We zouden die terugkoppelingslus
van het ergste geval kunnen vermijden. -
2:43 - 2:47Als wetenschapper denk ik veel na
over licht en warmte. -
2:47 - 2:49Vooral over hoe we
met nieuwe materialen -
2:49 - 2:52de stroom van deze basiselementen
van de natuur kunnen wijzigen -
2:52 - 2:55op manieren die we misschien
ooit onmogelijk achtten. -
2:55 - 2:58Ofschoon de waarde van koeling
me al duidelijk was -
2:58 - 2:59sinds mijn zomervakanties,
-
3:00 - 3:02begon ik me met dit probleem
bezig te houden -
3:02 - 3:06vanwege een intellectueel raadsel waar
ik ongeveer zes jaar geleden op stuitte. -
3:07 - 3:13Hoe konden oude volkeren ijs
maken in een woestijnklimaat? -
3:14 - 3:17Dit is een foto van een ijshuis,
-
3:17 - 3:20of een ‘yakhchal’,
in het zuidwesten van Iran. -
3:21 - 3:25Er zijn tientallen ruïnes
van dergelijke structuren in heel Iran, -
3:25 - 3:28met sporen van soortgelijke bouwwerken
in de rest van het Midden-Oosten, -
3:28 - 3:30helemaal tot in China.
-
3:30 - 3:33De mensen die vele eeuwen geleden
dit ijshuis in gebruik hadden, -
3:33 - 3:36goten water in het bekken
-- dat je daar links ziet -- -
3:36 - 3:39in de vroege avonduren
bij zonsondergang. -
3:39 - 3:41En dan gebeurde er iets verbazends.
-
3:41 - 3:45Hoewel de temperatuur van de lucht
boven het vriespunt kon zijn, -
3:45 - 3:48misschien wel 5°C of 41°F,
-
3:48 - 3:49bevroor het water toch.
-
3:51 - 3:55Het gevormde ijs werd dan verzameld
in de vroege ochtenduren -
3:55 - 3:58en voor gebruik opgeslagen
in het gebouw daar rechts, -
3:58 - 3:59de hele zomer lang.
-
4:00 - 4:04Je hebt eigenlijk waarschijnlijk
al iets vergelijkbaars gezien -
4:04 - 4:06bij rijmvorming na een heldere nacht,
-
4:06 - 4:09zelfs bij een luchttemperatuur
boven het vriespunt. -
4:09 - 4:10Maar wacht.
-
4:10 - 4:14Hoe kan water bevriezen
boven het vriespunt? -
4:14 - 4:16Verdamping kan een rol spelen,
-
4:16 - 4:20maar dat is niet genoeg om water
tot ijs te laten bevriezen. -
4:20 - 4:22Iets anders moet het hebben afgekoeld.
-
4:23 - 4:25Denk aan een taart
die afkoelt op een vensterbank. -
4:26 - 4:29Om af te koelen, moet haar warmte
naar een koelere plaats kunnen stromen. -
4:29 - 4:32In dit geval naar de omringende lucht.
-
4:32 - 4:34Hoe ongeloofwaardig het ook mag klinken,
-
4:35 - 4:40voor dat bekken met water gaat die warmte
in feite naar de koude van de ruimte. -
4:42 - 4:44Hoe kan dat?
-
4:44 - 4:48Dat bekken water stuurt, zoals
de meeste natuurlijke materialen, -
4:48 - 4:50zijn warmte uit als licht.
-
4:51 - 4:53Dat heet thermische straling.
-
4:54 - 4:58In feite stralen we allemaal onze warmte
uit als infrarood licht, -
4:58 - 5:00naar elkaar en naar onze omgeving.
-
5:01 - 5:03We kunnen dit met thermische
camera's visualiseren. -
5:03 - 5:06Ze produceren beelden
zoals ik jullie nu toon. -
5:07 - 5:11Die plas water straalt
zijn warmte de atmosfeer in. -
5:11 - 5:13De atmosfeer en de moleculen erin
-
5:13 - 5:16absorberen een deel van die warmte
en sturen die terug. -
5:16 - 5:20Dat is in feite het broeikaseffect,
verantwoordelijk voor de klimaatopwarming. -
5:20 - 5:23Maar wat nu komt, is van cruciaal
belang om te begrijpen. -
5:23 - 5:26Onze atmosfeer absorbeert
niet al die warmte. -
5:27 - 5:30Als dat zo was, zouden we op
een veel warmere planeet leven. -
5:30 - 5:31Bij bepaalde golflengten,
-
5:32 - 5:34vooral tussen 8 en 13 micrometer, heeft
-
5:34 - 5:38onze atmosfeer een transmissie-venster.
-
5:39 - 5:45Dit venster laat een deel van de warmte
die opstijgt als infrarood licht -
5:45 - 5:48daadwerkelijk ontsnappen, waardoor
de warmte van dat bekken afneemt. -
5:49 - 5:53Ze verdwijnt naar
een veel, veel koudere plaats. -
5:54 - 5:56In de bovenste atmosfeer,
-
5:56 - 5:57en in de ruimte al helemaal,
-
5:57 - 6:04kan het -270°C of -454°F zijn.
-
6:05 - 6:09Daardoor kan de plas water meer warmte
naar de hemel uitstralen -
6:09 - 6:10dan dat de hemel terugstuurt.
-
6:10 - 6:15En daardoor zal het bekken afkoelen
tot onder de omgevingstemperatuur. -
6:16 - 6:20Dit effect staat bekend
als nachthemelkoeling -
6:20 - 6:21of stralingskoeling.
-
6:21 - 6:25Klimaatwetenschappers en
meteorologen kennen het al lang -
6:25 - 6:27als een zeer belangrijk
natuurverschijnsel. -
6:29 - 6:30Dit kwam ik te weten
-
6:30 - 6:33tegen het einde van
mijn doctoraat in Stanford. -
6:33 - 6:37Ik stond versteld van de schijnbare
eenvoud van deze koelmethode, -
6:37 - 6:39maar was ook in verwarring.
-
6:39 - 6:42Waarom maken wij er geen gebruik van?
-
6:43 - 6:46Wetenschappers en ingenieurs
hadden dit idee wel onderzocht -
6:46 - 6:47in voorgaande decennia.
-
6:47 - 6:50Maar er bleek ten minste
één groot probleem te zijn. -
6:51 - 6:54Er was een reden dat het
nachtelijke koeling heette. -
6:54 - 6:55Waarom?
-
6:55 - 6:58Er is daar dat dingetje
dat we de zon heten. -
6:58 - 7:01Om een oppervlak af te koelen,
-
7:01 - 7:03moet het naar de hemel gericht zijn.
-
7:03 - 7:04En in de loop van de dag,
-
7:04 - 7:08wanneer we het meest
naar koude verlangen, -
7:08 - 7:11staat daar helaas de zon.
-
7:11 - 7:12En de zon warmt de meeste materialen
-
7:12 - 7:15genoeg op om dit koelend effect
volledig teniet te doen. -
7:16 - 7:18Mijn collega's en ik
hebben lang nagedacht -
7:18 - 7:21over hoe we materialen
kunnen structureren -
7:21 - 7:22bij zeer kleine lengteschalen
-
7:22 - 7:25zodat ze nieuwe en nuttige dingen
met licht kunnen doen -- -
7:25 - 7:28lengteschalen kleiner dan
de golflengte van het licht zelf. -
7:28 - 7:30Met behulp van inzichten op dit gebied,
-
7:30 - 7:33bekend als nanophotonica
of metamaterialenonderzoek, -
7:33 - 7:35beseften we dat er wellicht een manier was
-
7:35 - 7:38om dit voor het eerst
overdag mogelijk te maken. -
7:38 - 7:41Om dit te doen, ontwierp ik
een meerlagig optisch materiaal -
7:41 - 7:43hier getoond op een microscoopbeeld.
-
7:43 - 7:46Het is meer dan 40 keer dunner
dan een typische menselijke haar. -
7:46 - 7:49Het kan twee dingen tegelijk doen.
-
7:49 - 7:51Ten eerste, warmte uitstralen
-
7:51 - 7:55precies daar waar onze atmosfeer
die warmte het beste doorlaat. -
7:55 - 7:57We mikten op het venster naar de ruimte.
-
7:58 - 8:01Het tweede is dat het niet makkelijk
wordt opgewarmd door de zon. -
8:01 - 8:03Het is een zeer goede
spiegel voor zonlicht. -
8:04 - 8:07De eerste keer testte ik dit
op een dak in Stanford. -
8:07 - 8:09Ik toon het hier.
-
8:09 - 8:12Ik liet de opstelling een tijdje buiten
-
8:12 - 8:15en toen ik er na een paar
minuten terug bij kwam, -
8:15 - 8:18wist ik gelijk dat het werkte.
-
8:18 - 8:19Hoe?
-
8:19 - 8:21Ik raakte het aan en het voelde koud aan.
-
8:21 - 8:24(Applaus)
-
8:27 - 8:31Gewoon om te benadrukken
hoe raar en contra-intuïtief dit is: -
8:31 - 8:33dit en andere soortgelijke materialen
-
8:33 - 8:36worden kouder als we
ze uit de schaduw halen, -
8:36 - 8:38ook al valt er zonlicht op.
-
8:38 - 8:41Ik toon jullie gegevens
van ons allereerste experiment, -
8:41 - 8:43waar dit materiaal meer dan 5°C of 9°F
-
8:43 - 8:47kouder bleef dan de luchttemperatuur,
-
8:47 - 8:50hoewel de zon er direct op scheen.
-
8:51 - 8:54De productiemethode die we gebruikten
om dit materiaal te maken -
8:54 - 8:57bestaat al op grote schaal.
-
8:57 - 8:58Ik was echt enthousiast,
-
8:58 - 9:01want niet alleen maken we iets cools,
-
9:01 - 9:04maar misschien hebben
we wel de mogelijkheid -
9:04 - 9:07om er echt iets mee te doen
en er iets bruikbaars van te maken. -
9:07 - 9:09Dat brengt me bij de volgende grote vraag:
-
9:09 - 9:11hoe bespaar je nu energie met dit idee?
-
9:11 - 9:15We geloven dat de meest directe manier om
energie te besparen met deze technologie -
9:15 - 9:17is door de efficiëntie te verhogen
-
9:17 - 9:20van de huidige airconditioning-
en koelsystemen. -
9:21 - 9:23Daarvoor hebben we
vloeistof-koelpanelen gebouwd, -
9:23 - 9:24zoals die hier getoond.
-
9:24 - 9:27Deze panelen zien eruit als zonneboilers,
-
9:27 - 9:30maar ze doen het tegenovergestelde –-
ze koelen het water passief -
9:30 - 9:32door ons gespecialiseerde materiaal.
-
9:33 - 9:35Deze panelen kunnen dan
samengaan met een component -
9:35 - 9:38die je in bijna elke koelsysteem
vindt, de condensor, -
9:38 - 9:41om de onderliggende efficiëntie
van het systeem te verbeteren. -
9:41 - 9:43Onze start-up, SkyCool Systems,
-
9:43 - 9:47heeft onlangs een veldproef voltooid
in Davis, Californië, hier afgebeeld. -
9:48 - 9:50In deze demonstratie laten we zien
-
9:50 - 9:52dat we de efficiëntie van dat koelsysteem
-
9:52 - 9:55met maar liefst 12% kunnen verbeteren.
-
9:55 - 9:57In de komende paar jaar
-
9:57 - 10:01kijk ik echt uit naar de eerste
proefprojecten op commerciële schaal -
10:01 - 10:04voor zowel airconditioning
als voor koeling. -
10:04 - 10:08In de toekomst kunnen we misschien
dit soort panelen integreren -
10:08 - 10:11met meer efficiënte
koelsystemen voor gebouwen -
10:11 - 10:14om hun energieverbruik
met tweederde te verminderen. -
10:14 - 10:18En tenslotte gaan we misschien
een koelsysteem kunnen bouwen -
10:18 - 10:20dat helemaal geen
elektriciteit meer vereist. -
10:21 - 10:22Als eerste stap in die richting:
-
10:23 - 10:25mijn collega's van Stanford en ik
-
10:25 - 10:27hebben aangetoond dat je iets
-
10:27 - 10:33op ruim 42°C onder de luchttemperatuur
kan houden met een betere techniek. -
10:33 - 10:34(Applaus)
Dank je. -
10:39 - 10:40Stel je eens voor --
-
10:40 - 10:44iets onder het vriespunt
op een hete zomerdag. -
10:46 - 10:50Terwijl ik erg enthousiast ben over alles
wat we kunnen doen om te koelen, -
10:50 - 10:54en ik denk dat er nog
veel te doen overblijft, -
10:54 - 10:57ben ik als wetenschapper ook aangetrokken
tot een meer diepgaande kans -
10:57 - 10:59waar dit werk volgens mij naar wijst.
-
11:00 - 11:03We kunnen de koude duisternis
van de ruimte gebruiken -
11:03 - 11:05om de efficiëntie te verbeteren
-
11:05 - 11:08van ieder energie-gerelateerd
proces hier op aarde. -
11:09 - 11:13Een voorbeeld van zo'n proces dat ik
graag wil belichten zijn zonnecellen. -
11:13 - 11:14Ze warmen op onder de zon
-
11:14 - 11:17en worden minder efficiënt
naarmate ze warmer zijn. -
11:17 - 11:21In 2015 hebben we aangetoond dat we
met aangepaste vormen van microstructuren -
11:21 - 11:23bovenop een zonnecel,
-
11:23 - 11:26beter gebruik kunnen
maken van dit koeleffect, -
11:26 - 11:29zodat een zonnecel passief
op een lagere temperatuur blijft. -
11:30 - 11:32Hierdoor kan de cel efficiënter werken.
-
11:33 - 11:36We testen dit soort
mogelijkheden verder uit. -
11:36 - 11:39We onderzoeken of we de koude
van de ruimte kunnen gebruiken -
11:39 - 11:41voor het beter omgaan met water.
-
11:41 - 11:44Of misschien met
netonafhankelijke scenario's. -
11:44 - 11:48Misschien kunnen we zelfs rechtstreeks
energie opwekken met deze koude. -
11:49 - 11:51Er is een groot temperatuurverschil
tussen ons hier op aarde -
11:51 - 11:53en de koude van de ruimte.
-
11:53 - 11:55Dat verschil kan, ten minste in principe,
-
11:55 - 11:58worden gebruikt om een
warmtemachine aan te drijven -
11:58 - 11:59om elektriciteit te genereren.
-
12:00 - 12:04Kunnen wij dan een nachtelijke
energiecentrale maken -
12:04 - 12:06die bruikbare hoeveelheden
elektriciteit genereert -
12:06 - 12:08wanneer de zonnecellen niet werken?
-
12:08 - 12:10Kunnen we licht
maken van duisternis? -
12:12 - 12:16Centraal hierin staat dit vermogen
-
12:16 - 12:19om de warmtestraling overal
om ons heen te beheren. -
12:19 - 12:22We baden voortdurend in infrarood licht.
-
12:23 - 12:25Als we dat aan onze wil
konden onderwerpen, -
12:25 - 12:28konden we de stromen
van warmte en energie, -
12:28 - 12:31die ons elke dag doordringen,
fundamenteel veranderen. -
12:31 - 12:35Deze mogelijkheid, in combinatie
met de koude donkerte van het heelal, -
12:35 - 12:38wijst ons naar een toekomst
waarin wij als beschaving -
12:38 - 12:43onze thermische energie voetafdruk
intelligenter zouden kunnen beheren -
12:43 - 12:45tot zelfs op de allergrootste schalen.
-
12:46 - 12:49Nu we geconfronteerd worden
met de klimaatverandering, -
12:49 - 12:51denk ik dat deze mogelijkheid
in onze gereedschapskist -
12:51 - 12:53essentieel zal blijken te zijn.
-
12:53 - 12:57Als je nog eens buiten rondloopt,
-
12:57 - 13:03verwonder je dan hoe de zon
essentieel is voor het leven op aarde, -
13:03 - 13:08maar vergeet niet dat de rest
van de hemel ons ook iets te bieden heeft. -
13:09 - 13:10Dank je.
-
13:10 - 13:13(Applaus)
- Title:
- De koude van het heelal gebruiken als hernieuwbare energiebron
- Speaker:
- Aaswath Raman
- Description:
-
Wat als we de koude duisternis van de ruimte konden gebruiken om gebouwen op aarde te koelen? In deze verbluffende lezing beschrijft natuurkundige Aaswath Raman de technologie die hij ontwikkelt om 'nachtelijke hemelkoeling' te benutten -- een natuurlijk fenomeen waarbij infraroodlicht aan de aarde ontsnapt en naar de ruimte gaat, daarbij warmte meevoert -- wat de hoeveelheid energie die wordt gebruikt door onze koelsystemen dramatisch kan verminderen. Leer hoe deze benadering ons zou kunnen leiden naar een toekomst waarin we op intelligente wijze gebruik maken van de energie van het universum.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:30
Axel Saffran approved Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Axel Saffran accepted Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Axel Saffran edited Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Axel Saffran declined Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Axel Saffran edited Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Rik Delaet edited Dutch subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource |