YouTube

Got a YouTube account?

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

Portuguese, Brazilian subtitles

← Como podemos converter o frio do espaço em um recurso renovável

Get Embed Code
22 Languages

Showing Revision 22 created 07/17/2018 by Leonardo Silva.

  1. Todo verão, durante minha infância,
  2. eu deixava o Canadá
    para visitar os meus avós,
  3. que moravam em Mumbai, na Índia.
  4. Os verões canadenses são amenos,
    na melhor das hipóteses.
  5. A temperatura de um dia típico de verão
    é de 22 °C, não muito quente.
  6. Mas Mumbai é um lugar quente e úmido,
    facilmente chegando aos 30 ºC.
  7. Assim que chegava lá, eu pensava:
  8. "Como alguém pode viver, trabalhar
    ou dormir com esse tempo?"
  9. Para piorar, meus avós
    não tinham ar-condicionado.
  10. Embora eu tentasse o meu melhor,
  11. nunca consegui convencer
    os meus avós a comprarem um.
  12. Mas isso está mudando, e depressa.
  13. Os sistemas de resfriamento
    representam atualmente 17%

  14. de toda energia elétrica mundial.
  15. Isso inclui desde os ares-condicionados,
  16. que eu tanto queria nas minhas férias,
  17. aos sistemas de resfriamento
    que mantêm a comida segura e fria
  18. nos supermercados,
  19. aos sistemas de escala industrial
    que mantêm centros de dados funcionando.
  20. Ao todo, esses sistemas representam 8%
  21. da emissão de gases do efeito estufa.
  22. Mas o que não me deixa dormir

  23. é que o consumo de energia
    será seis vezes maior em 2050,
  24. principalmente nos países
    asiáticos e africanos.
  25. Presenciei isso.
  26. Quase todos os apartamentos
    da vizinhança dos meus avós
  27. têm ar-condicionado.
  28. E isso é algo bom
  29. para a saúde, o bem-estar
    e a produtividade
  30. das pessoas que vivem
    em climas mais quentes.
  31. Mas uma das coisas mais alarmantes
    sobre as mudanças climáticas
  32. é que quanto mais quente fica o planeta,
  33. mais vamos precisar
    de sistemas de resfriamento
  34. que são grandes emissores
    de gases do efeito estufa.
  35. Isso tem o potencial de causar um ciclo,
    em que os sistemas de resfriamento
  36. podem se tornar a maior fonte
    de emissão de gases do efeito estufa
  37. no final do século.
  38. No pior dos casos,
  39. precisaremos de mais de 10 trilhões de kWh
    de energia elétrica por ano,
  40. apenas para resfriamento, até 2100.
  41. Isso é metade do que consumimos hoje.
  42. Só para resfriamento.
  43. Mas isso também é
    uma oportunidade incrível.
  44. Uma melhoria de 10% ou 20%
    na eficiência do sistema de resfriamento
  45. poderia causar um enorme impacto
    na emissão de gases do efeito estufa,
  46. hoje e no fim do século.
  47. E nos ajudaria a reverter
    o pior dos cenários.
  48. Sou um cientista que pensa
    muito sobre luz e calor,

  49. principalmente em como novos materiais
    podem alterar a circulação
  50. desses elementos básicos da natureza
  51. de formas que nunca imaginamos antes.
  52. Apesar de sempre entender
    o valor do resfriamento
  53. durante as minhas férias,
  54. acabei trabalhando nesse problema
  55. por causa de um problema
    bem complicado seis anos atrás.
  56. Como os antigos faziam gelo
    em climas desérticos?
  57. Essa é uma casa de gelo,
  58. também chamada de Yakhchal,
    localizada no sudoeste do Irã.
  59. Existem dezenas de estruturas
    em ruínas como essa no Irã,
  60. e construções similares
    ao longo do Oriente Médio
  61. até à China.
  62. As pessoas que trabalhavam
    nessa casa de gelo muitos séculos atrás

  63. despejavam água na piscina à esquerda
  64. durante as primeiras horas
    do anoitecer, ao pôr do sol.
  65. E algo incrível acontecia.
  66. Embora a temperatura
    estivesse acima de zero,
  67. algo próximo de 5 ºC,
  68. a água congelava.
  69. Então o gelo produzido
    era coletado de manhã cedo
  70. e armazenado na construção à direita,
  71. durante todos os meses de verão.
  72. Você já viu algo muito semelhante
  73. se observou a geada se formando
    em uma noite de céu aberto,
  74. mesmo quando a temperatura
    estava bem acima de zero.
  75. Mas espere.
  76. Como a água congela
    se a temperatura está acima de zero?
  77. Talvez a evaporação tenha contribuído,
  78. mas não teria sido suficiente
    para transformar a água em gelo.
  79. Alguma outra coisa a congelou.
  80. Imagine uma torta esfriando
    no parapeito da janela.

  81. Para esfriar, o calor precisa
    fluir para um lugar mais frio,
  82. isto é, para o ar ao seu redor.
  83. Embora pareça improvável,
  84. o calor daquela piscina de água está
    fluindo para o frio do espaço.
  85. Como isso é possível?

  86. Veja, a piscina de água,
    como muitos materiais naturais,
  87. emite calor pela luz.
  88. Esse conceito é conhecido
    como radiação térmica.
  89. Todos nós emitimos calor
    por luz infravermelha,
  90. um para o outro e para o ambiente.
  91. Podemos visualizar isso
    através de câmeras térmicas,
  92. que produzem imagens
    como esta que estou mostrando.
  93. Aquela piscina de água está emitindo calor
  94. para a atmosfera.
  95. A atmosfera e suas moléculas
  96. absorvem o calor e o enviam de volta.
  97. Esse é o efeito estufa responsável
    pelas mudanças climáticas.
  98. Mas há algo fundamental a ser entendido.

  99. A nossa atmosfera
    não absorve todo o calor.
  100. Se fizesse isso, o planeta
    seria bem mais quente.
  101. Em alguns comprimentos de onda,
  102. particularmente entre 8 e 13 micrômetros,
  103. a nossa atmosfera tem
    uma janela de transmissão.
  104. Essa janela permite que um pouco do calor
    emitido por luz infravermelha escape,
  105. levando embora o calor da piscina,
  106. indo para um lugar que é muito mais frio,
  107. o frio da atmosfera superior
  108. até o espaço,
  109. onde o frio chega a -270 ºC.
  110. A piscina consegue emitir mais luz ao céu
  111. do que este emite de volta.
  112. E por causa disso,
  113. a piscina fica mais fria
    que a temperatura ao seu redor.
  114. Esse efeito é conhecido
    como resfriamento radiante noturno
  115. ou resfriamento radiante.
  116. E os cientistas e os meteorologistas
    sempre o consideraram
  117. um fenômeno natural muito importante.
  118. Quando soube disso,

  119. já estava no fim do meu PhD em Stanford.
  120. Fiquei maravilhado com a simplicidade
    do método de resfriamento,
  121. e também muito confuso.
  122. Por que não fazemos uso disso?
  123. Os cientistas e os engenheiros
    investigaram essa ideia
  124. nas décadas anteriores.
  125. E um grande problema foi descoberto.
  126. Havia uma razão para o nome
    "resfriamento radiante noturno".
  127. Por quê?
  128. É uma pequena coisa chamada Sol.
  129. A superfície que está sendo resfriada
  130. precisa estar a céu aberto.
  131. E durante o meio do dia,
  132. se quisermos esfriar algo,
  133. o sol estará lá em cima, infelizmente.
  134. E o sol aquece a maioria dos materiais
  135. suficientemente para impedir
    o efeito de resfriamento.
  136. Eu e meus colegas gastamos o nosso tempo

  137. pensando em como construir materiais
    em escalas bem pequenas
  138. para que coisas novas e úteis
    sejam feitas com a luz,
  139. escalas que são bem menores
    que o comprimento da luz.
  140. Com a ajuda de áreas da nanofotônica
    e de pesquisas em metamaterias,
  141. percebemos que existe um jeito
    de tornar isso possível durante o dia
  142. pela primeira vez.
  143. Então, criei um material
    óptico de multicamadas,

  144. que pode ser visto nesta imagem.
  145. Ele é 40 vezes mais fino
    que um fio de cabelo
  146. e consegue fazer duas coisas
    ao mesmo tempo.
  147. Primeiro, ele libera seu calor
  148. exatamente onde a nossa atmosfera
    permite que esse calor escape melhor.
  149. Voltamos a janela para o espaço.
  150. Segundo, o sol não consegue aquecê-lo.
  151. É um ótimo espelho para o sol.
  152. Testei isso pela primeira vez
    no telhado de Stanford,
  153. que estou mostrando aqui.
  154. Deixei o equipamento
    do lado de fora por um tempo,
  155. voltei após alguns minutos
  156. e, no mesmo instante, vi que funcionava.
  157. Como?
  158. Toquei nele e estava frio.
  159. (Aplausos)

  160. Apenas para enfatizar o quão
    estranho e contraintuitivo é isso:

  161. esse material e outros similares
  162. ficam mais gelados
    quando não estão na sombra,
  163. mesmo se o sol estiver
    brilhando sobre ele.
  164. Esses dados são do primeiro experimento,
  165. onde o material ficou 5 ºC mais frio
    que a temperatura do ar,
  166. mesmo com o sol brilhando
    diretamente nele.
  167. O processo de fabricação que usamos
    para fazer esse material
  168. já existe em grande escala.
  169. Eu fiquei empolgado
  170. não apenas porque estamos
    fazendo algo bacana,
  171. mas porque talvez tenhamos a oportunidade
    de fazer algo efetivo e também útil.
  172. O que me leva à próxima questão:
  173. como economizar energia com essa ideia?

  174. Acreditamos que o jeito mais direto
    de economizar energia com essa tecnologia
  175. é por um aumento de rendimento
  176. para os ares-condicionados
    e os sistemas de resfriamento.
  177. Para isso, criamos painéis
    com fluido de resfriamento,
  178. como esses aqui.
  179. Esses painéis são similares
    aos painéis solares,
  180. só que fazem o contrário:
  181. esfriam a água usando
    o nosso material específico.
  182. Os painéis podem ser integrados
    com um componente
  183. comum em sistemas
    de resfriamento, um condensador,
  184. que reforça a eficiência
    básica do sistema.
  185. A nossa startup, SkyCool Systems,
  186. fez recentemente um ensaio
    de campo em Davis, na Califórnia.
  187. Nessa demonstração,
  188. demonstramos que poderíamos
    melhorar a eficiência
  189. do sistema de resfriamento em 12%.
  190. Nos próximos anos,

  191. estou bem animado em ver
    as primeiras unidades em escala comercial
  192. para refrigeração e ar-condicionado.
  193. No futuro, talvez possamos
    desenvolver esses painéis
  194. com uma eficiência mais alta,
    construindo sistemas de resfriamento
  195. com uma redução do consumo
    de energia em dois terços.
  196. E finalmente, talvez possamos
    construir um sistema de resfriamento
  197. que não precise de energia elétrica.
  198. Dando um primeiro passo nesse sentido,
    eu e meus colegas de Stanford
  199. demonstramos que é possível manter
  200. algo mais de 42 ºC abaixo
    da temperatura do ar
  201. com mais desenvolvimento.
  202. Obrigado.

  203. (Aplausos)

  204. Então apenas imagine

  205. algo que está abaixo de zero
    em um dia quente de verão.
  206. Apesar de estar bem animado
    sobre as possibilidades de resfriamento,
  207. e acho que ainda há muito para se fazer,
  208. como cientista, estou mais atraído
    a uma grande oportunidade
  209. que esse trabalho evidencia.
  210. Podemos usar a fria escuridão do espaço
  211. para melhorar a eficiência
  212. de cada processo do planeta
    que envolva energia.
  213. Um deles é a célula solar.
  214. Elas se aquecem sob o sol
  215. e quanto mais quente ficam
    menos eficientes são.
  216. Em 2015,
  217. demonstramos que, com microestruturas
    em cima de uma célula solar,
  218. poderíamos nos beneficiar
    do efeito de resfriamento
  219. para manter uma célula solar
    em uma temperatura mais baixa.
  220. Isso permite que a célula
    seja mais eficiente.
  221. Estamos examinando
    mais a fundo essas oportunidades.
  222. Nos perguntamos se podemos
    usar o frio do espaço
  223. para nos ajudar com a conservação da água,
  224. ou talvez com sistemas
    independentes de energia.
  225. Talvez até seja possível
    gerar energia com esse frio.
  226. Existe uma grande diferença
    de temperatura entre a Terra
  227. e o frio do espaço.
  228. Essa diferença, teoricamente,
  229. poderia impulsionar um motor térmico
  230. para gerar eletricidade.
  231. Podemos então fazer um dispositivo
    com geração de energia à noite
  232. que produza quantidade
    suficiente de eletricidade
  233. no lugar das células solares?
  234. Podemos gerar luz da escuridão?
  235. Para isso acontecer,
    é essencial saber como lidar

  236. com a radiação térmica
    que está ao nosso redor.
  237. Somos constante banhados
    por luz infravermelha.
  238. Se pudéssemos controlá-la,
  239. poderíamos mudar os fluxos
    de calor e de energia
  240. que estão difundidos
    ao nosso redor todos os dias.
  241. Essa habilidade e a fria
    escuridão do espaço
  242. nos apontam um futuro
    onde nós, como civilização,
  243. possamos lidar de modo mais inteligente
    com a nossa pegada de energia térmica
  244. em grande escala.
  245. Conforme confrontamos
    as mudanças climáticas,

  246. acredito que essa habilidade
  247. vai se revelar indispensável.
  248. Então, na próxima vez
    que você andar por aí,
  249. sinta-se impressionado com a importância
    do sol para a vida na Terra,
  250. mas não se esqueça que o resto do céu
    também tem algo a nos oferecer.
  251. Obrigado.

  252. (Aplausos)