YouTube

Got a YouTube account?

New: enable viewer-created translations and captions on your YouTube channel!

Dutch subtitles

← De koude van het heelal gebruiken als hernieuwbare energiebron

Get Embed Code
22 Languages

Showing Revision 13 created 08/22/2018 by Axel Saffran.

  1. Toen ik opgroeide, vloog ik elke zomer
  2. van mijn thuis in Canada
    naar mijn grootouders
  3. in Mumbai, India.
  4. Nu zijn Canadese zomers
    in het beste geval vrij mild --
  5. ongeveer 22°C of 72°F
  6. is een typische zomerdag –-
    en niet te warm.
  7. Mumbai is daarentegen
    een warme en vochtige plaats
  8. met temperaturen boven de 30°C of 90°F.
  9. Zodra ik aankwam, vroeg ik:
  10. "Hoe kan iemand wonen, werken
    of slapen in een dergelijke weer?"
  11. En dan hadden mijn grootouders
    niet eens een airconditioner.
  12. Hoe ik ook mijn best deed,
  13. ik kon hen nooit overtuigen
    om er een aan te schaffen.
  14. Maar dit is aan het veranderen, en snel.
  15. Koelsystemen verbruiken
    vandaag gezamenlijk

  16. wereldwijd 17% van alle elektriciteit.
  17. Dit omvat alles: van de airconditioners
  18. die ik zo graag wilde
    tijdens mijn zomervakanties,
  19. tot de koelsystemen om ons voedsel
    veilig en koud te houden
  20. in onze supermarkten
  21. en de grootschalige systemen die
    onze datacenters aan de gang houden.
  22. Samen zijn deze systemen goed voor 8%
  23. van de wereldwijde uitstoot
    van broeikasgassen.
  24. Waar ik niet van slaap, is dat tegen 2050

  25. ons energieverbruik voor koeling
    zes maal groter zou kunnen worden,
  26. voornamelijk door een intensiever gebruik
    in Aziatische en Afrikaanse landen.
  27. Ik heb dit met eigen ogen gezien.
  28. Bijna elk appartement
    in de buurt van mijn oma
  29. heeft nu een airconditioner.
  30. En dat is vooral een goede zaak
  31. voor gezondheid, welzijn en productiviteit
  32. van mensen die in warmere klimaten wonen.
  33. Een van de meest verontrustende dingen
    over de klimaatwijziging is echter
  34. dat naarmate onze planeet warmer wordt,
  35. we meer koelsystemen
    gaan nodig hebben --
  36. systemen die zelf grote
    uitstoters van broeikasgassen zijn.
  37. Dat kan een terugkoppeling veroorzaken
  38. waardoor koelsystemen alleen al
  39. een van onze grootste bronnen
    van broeikasgassen kunnen worden
  40. later deze eeuw.
  41. In het ergste geval hebben we
  42. wellicht jaarlijks meer dan 10 biljoen
    kilowattuur elektriciteit nodig.
  43. Alleen voor koeling, tegen het jaar 2100.
  44. Dat is de helft van onze
    elektriciteitsvoorziening vandaag.
  45. Alleen voor koeling.
  46. Maar dit wijst ook op een geweldige kans.
  47. Een 10 of 20% verbetering van
    de efficiëntie van elk koelsysteem
  48. kan een enorme impact hebben
    op onze uitstoot van broeikasgassen,
  49. zowel vandaag als later deze eeuw.
  50. We zouden die terugkoppelingslus
    van het ergste geval kunnen vermijden.
  51. Als wetenschapper denk ik veel na
    over licht en warmte.

  52. Vooral over hoe we
    met nieuwe materialen
  53. de stroom van deze basiselementen
    van de natuur kunnen wijzigen
  54. op manieren die we misschien
    ooit onmogelijk achtten.
  55. Ofschoon de waarde van koeling
    me al duidelijk was
  56. sinds mijn zomervakanties,
  57. begon ik me met dit probleem
    bezig te houden
  58. vanwege een intellectueel raadsel waar
    ik ongeveer zes jaar geleden op stuitte.
  59. Hoe konden oude volkeren ijs
    maken in een woestijnklimaat?
  60. Dit is een foto van een ijshuis,
  61. of een ‘yakhchal’,
    in het zuidwesten van Iran.
  62. Er zijn tientallen ruïnes
    van dergelijke structuren in heel Iran,
  63. met sporen van soortgelijke bouwwerken
    in de rest van het Midden-Oosten,
  64. helemaal tot in China.
  65. De mensen die vele eeuwen geleden
    dit ijshuis in gebruik hadden,

  66. goten water in het bekken
    -- dat je daar links ziet --
  67. in de vroege avonduren
    bij zonsondergang.
  68. En dan gebeurde er iets verbazends.
  69. Hoewel de temperatuur van de lucht
    boven het vriespunt kon zijn,
  70. misschien wel 5°C of 41°F,
  71. bevroor het water toch.
  72. Het gevormde ijs werd dan verzameld
    in de vroege ochtenduren
  73. en voor gebruik opgeslagen
    in het gebouw daar rechts,
  74. de hele zomer lang.
  75. Je hebt eigenlijk waarschijnlijk
    al iets vergelijkbaars gezien
  76. bij rijmvorming na een heldere nacht,
  77. zelfs bij een luchttemperatuur
    boven het vriespunt.
  78. Maar wacht.
  79. Hoe kan water bevriezen
    boven het vriespunt?
  80. Verdamping kan een rol spelen,
  81. maar dat is niet genoeg om water
    tot ijs te laten bevriezen.
  82. Iets anders moet het hebben afgekoeld.
  83. Denk aan een taart
    die afkoelt op een vensterbank.

  84. Om af te koelen, moet haar warmte
    naar een koelere plaats kunnen stromen.
  85. In dit geval naar de omringende lucht.
  86. Hoe ongeloofwaardig het ook mag klinken,
  87. voor dat bekken met water gaat die warmte
    in feite naar de koude van de ruimte.
  88. Hoe kan dat?

  89. Dat bekken water stuurt, zoals
    de meeste natuurlijke materialen,
  90. zijn warmte uit als licht.
  91. Dat heet thermische straling.
  92. In feite stralen we allemaal onze warmte
    uit als infrarood licht,
  93. naar elkaar en naar onze omgeving.
  94. We kunnen dit met thermische
    camera's visualiseren.
  95. Ze produceren beelden
    zoals ik jullie nu toon.
  96. Die plas water straalt
    zijn warmte de atmosfeer in.
  97. De atmosfeer en de moleculen erin
  98. absorberen een deel van die warmte
    en sturen die terug.
  99. Dat is in feite het broeikaseffect,
    verantwoordelijk voor de klimaatopwarming.
  100. Maar wat nu komt, is van cruciaal
    belang om te begrijpen.

  101. Onze atmosfeer absorbeert
    niet al die warmte.
  102. Als dat zo was, zouden we op
    een veel warmere planeet leven.
  103. Bij bepaalde golflengten,
  104. vooral tussen 8 en 13 micrometer, heeft
  105. onze atmosfeer een transmissie-venster.
  106. Dit venster laat een deel van de warmte
    die opstijgt als infrarood licht
  107. daadwerkelijk ontsnappen, waardoor
    de warmte van dat bekken afneemt.
  108. Ze verdwijnt naar
    een veel, veel koudere plaats.
  109. In de bovenste atmosfeer,
  110. en in de ruimte al helemaal,
  111. kan het -270°C of -454°F zijn.
  112. Daardoor kan de plas water meer warmte
    naar de hemel uitstralen
  113. dan dat de hemel terugstuurt.
  114. En daardoor zal het bekken afkoelen
    tot onder de omgevingstemperatuur.
  115. Dit effect staat bekend
    als nachthemelkoeling
  116. of stralingskoeling.
  117. Klimaatwetenschappers en
    meteorologen kennen het al lang
  118. als een zeer belangrijk
    natuurverschijnsel.
  119. Dit kwam ik te weten

  120. tegen het einde van
    mijn doctoraat in Stanford.
  121. Ik stond versteld van de schijnbare
    eenvoud van deze koelmethode,
  122. maar was ook in verwarring.
  123. Waarom maken wij er geen gebruik van?
  124. Wetenschappers en ingenieurs
    hadden dit idee wel onderzocht
  125. in voorgaande decennia.
  126. Maar er bleek ten minste
    één groot probleem te zijn.
  127. Er was een reden dat het
    nachtelijke koeling heette.
  128. Waarom?
  129. Er is daar dat dingetje
    dat we de zon heten.
  130. Om een oppervlak af te koelen,
  131. moet het naar de hemel gericht zijn.
  132. En in de loop van de dag,
  133. wanneer we het meest
    naar koude verlangen,
  134. staat daar helaas de zon.
  135. En de zon warmt de meeste materialen
  136. genoeg op om dit koelend effect
    volledig teniet te doen.
  137. Mijn collega's en ik
    hebben lang nagedacht

  138. over hoe we materialen
    kunnen structureren
  139. bij zeer kleine lengteschalen
  140. zodat ze nieuwe en nuttige dingen
    met licht kunnen doen --
  141. lengteschalen kleiner dan
    de golflengte van het licht zelf.
  142. Met behulp van inzichten op dit gebied,
  143. bekend als nanophotonica
    of metamaterialenonderzoek,
  144. beseften we dat er wellicht een manier was
  145. om dit voor het eerst
    overdag mogelijk te maken.
  146. Om dit te doen, ontwierp ik
    een meerlagig optisch materiaal

  147. hier getoond op een microscoopbeeld.
  148. Het is meer dan 40 keer dunner
    dan een typische menselijke haar.
  149. Het kan twee dingen tegelijk doen.
  150. Ten eerste, warmte uitstralen
  151. precies daar waar onze atmosfeer
    die warmte het beste doorlaat.
  152. We mikten op het venster naar de ruimte.
  153. Het tweede is dat het niet makkelijk
    wordt opgewarmd door de zon.
  154. Het is een zeer goede
    spiegel voor zonlicht.
  155. De eerste keer testte ik dit
    op een dak in Stanford.
  156. Ik toon het hier.
  157. Ik liet de opstelling een tijdje buiten
  158. en toen ik er na een paar
    minuten terug bij kwam,
  159. wist ik gelijk dat het werkte.
  160. Hoe?
  161. Ik raakte het aan en het voelde koud aan.
  162. (Applaus)

  163. Gewoon om te benadrukken
    hoe raar en contra-intuïtief dit is:

  164. dit en andere soortgelijke materialen
  165. worden kouder als we
    ze uit de schaduw halen,
  166. ook al valt er zonlicht op.
  167. Ik toon jullie gegevens
    van ons allereerste experiment,
  168. waar dit materiaal meer dan 5°C of 9°F
  169. kouder bleef dan de luchttemperatuur,
  170. hoewel de zon er direct op scheen.
  171. De productiemethode die we gebruikten
    om dit materiaal te maken
  172. bestaat al op grote schaal.
  173. Ik was echt enthousiast,
  174. want niet alleen maken we iets cools,
  175. maar misschien hebben
    we wel de mogelijkheid
  176. om er echt iets mee te doen
    en er iets bruikbaars van te maken.
  177. Dat brengt me bij de volgende grote vraag:
  178. hoe bespaar je nu energie met dit idee?

  179. We geloven dat de meest directe manier om
    energie te besparen met deze technologie
  180. is door de efficiëntie te verhogen
  181. van de huidige airconditioning-
    en koelsystemen.
  182. Daarvoor hebben we
    vloeistof-koelpanelen gebouwd,
  183. zoals die hier getoond.
  184. Deze panelen zien eruit als zonneboilers,
  185. maar ze doen het tegenovergestelde –-
    ze koelen het water passief
  186. door ons gespecialiseerde materiaal.
  187. Deze panelen kunnen dan
    samengaan met een component
  188. die je in bijna elke koelsysteem
    vindt, de condensor,
  189. om de onderliggende efficiëntie
    van het systeem te verbeteren.
  190. Onze start-up, SkyCool Systems,
  191. heeft onlangs een veldproef voltooid
    in Davis, Californië, hier afgebeeld.
  192. In deze demonstratie laten we zien
  193. dat we de efficiëntie van dat koelsysteem
  194. met maar liefst 12% kunnen verbeteren.
  195. In de komende paar jaar

  196. kijk ik echt uit naar de eerste
    proefprojecten op commerciële schaal
  197. voor zowel airconditioning
    als voor koeling.
  198. In de toekomst kunnen we misschien
    dit soort panelen integreren
  199. met meer efficiënte
    koelsystemen voor gebouwen
  200. om hun energieverbruik
    met tweederde te verminderen.
  201. En tenslotte gaan we misschien
    een koelsysteem kunnen bouwen
  202. dat helemaal geen
    elektriciteit meer vereist.
  203. Als eerste stap in die richting:
  204. mijn collega's van Stanford en ik
  205. hebben aangetoond dat je iets
  206. op ruim 42°C onder de luchttemperatuur
    kan houden met een betere techniek.
  207. (Applaus)
    Dank je.

  208. Stel je eens voor --

  209. iets onder het vriespunt
    op een hete zomerdag.
  210. Terwijl ik erg enthousiast ben over alles
    wat we kunnen doen om te koelen,
  211. en ik denk dat er nog
    veel te doen overblijft,
  212. ben ik als wetenschapper ook aangetrokken
    tot een meer diepgaande kans
  213. waar dit werk volgens mij naar wijst.
  214. We kunnen de koude duisternis
    van de ruimte gebruiken
  215. om de efficiëntie te verbeteren
  216. van ieder energie-gerelateerd
    proces hier op aarde.
  217. Een voorbeeld van zo'n proces dat ik
    graag wil belichten zijn zonnecellen.
  218. Ze warmen op onder de zon
  219. en worden minder efficiënt
    naarmate ze warmer zijn.
  220. In 2015 hebben we aangetoond dat we
    met aangepaste vormen van microstructuren
  221. bovenop een zonnecel,
  222. beter gebruik kunnen
    maken van dit koeleffect,
  223. zodat een zonnecel passief
    op een lagere temperatuur blijft.
  224. Hierdoor kan de cel efficiënter werken.
  225. We testen dit soort
    mogelijkheden verder uit.
  226. We onderzoeken of we de koude
    van de ruimte kunnen gebruiken
  227. voor het beter omgaan met water.
  228. Of misschien met
    netonafhankelijke scenario's.
  229. Misschien kunnen we zelfs rechtstreeks
    energie opwekken met deze koude.
  230. Er is een groot temperatuurverschil
    tussen ons hier op aarde
  231. en de koude van de ruimte.
  232. Dat verschil kan, ten minste in principe,
  233. worden gebruikt om een
    warmtemachine aan te drijven
  234. om elektriciteit te genereren.
  235. Kunnen wij dan een nachtelijke
    energiecentrale maken
  236. die bruikbare hoeveelheden
    elektriciteit genereert
  237. wanneer de zonnecellen niet werken?
  238. Kunnen we licht
    maken van duisternis?
  239. Centraal hierin staat dit vermogen

  240. om de warmtestraling overal
    om ons heen te beheren.
  241. We baden voortdurend in infrarood licht.
  242. Als we dat aan onze wil
    konden onderwerpen,
  243. konden we de stromen
    van warmte en energie,
  244. die ons elke dag doordringen,
    fundamenteel veranderen.
  245. Deze mogelijkheid, in combinatie
    met de koude donkerte van het heelal,
  246. wijst ons naar een toekomst
    waarin wij als beschaving
  247. onze thermische energie voetafdruk
    intelligenter zouden kunnen beheren
  248. tot zelfs op de allergrootste schalen.
  249. Nu we geconfronteerd worden
    met de klimaatverandering,

  250. denk ik dat deze mogelijkheid
    in onze gereedschapskist
  251. essentieel zal blijken te zijn.
  252. Als je nog eens buiten rondloopt,
  253. verwonder je dan hoe de zon
    essentieel is voor het leven op aarde,
  254. maar vergeet niet dat de rest
    van de hemel ons ook iets te bieden heeft.
  255. Dank je.

  256. (Applaus)