Como podemos tornar o frio do espaço numa nova energia renovável
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0:02 - 0:04Todos os verões, quando estava a crescer,
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0:04 - 0:07viajava da minha casa, no Canadá,
para visitar os meus avós -
0:07 - 0:09que viviam em Mumbai, na Índia.
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0:10 - 0:12Os verões canadianos são amenos
-
0:12 - 0:16— cerca de 22 graus Celsius
ou 72 graus Fahrenheit -
0:16 - 0:19é um dia de verão normal,
não é muito quente. -
0:19 - 0:22Contudo Mumbai é um lugar quente e húmido
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0:22 - 0:26entre os 30 graus Celsius
ou 90 graus Fahrenheit. -
0:26 - 0:28Quando lá cheguei. perguntei:
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0:28 - 0:33"Como alguém pode viver, trabalhar
ou dormir com este clima?" -
0:34 - 0:37Para piorar as coisas, os meus avós
não tinham ar condicionado. -
0:38 - 0:41E embora tentasse o meu melhor
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0:41 - 0:44nunca os consegui
persuadir a comprarem um. -
0:44 - 0:47Mas isto está a mudar rapidamente.
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0:48 - 0:52Hoje os sistemas de arrefecimento
fazem parte de cerca de 17% -
0:52 - 0:55de toda a eletricidade
que usamos a nível mundial. -
0:55 - 0:57Isto incluí tudo, desde o ar condicionado
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0:57 - 1:00que tanto queria
nas minhas férias de verão, -
1:00 - 1:03até aos sistemas frigoríficos que
mantêm a comida fresca e segura -
1:03 - 1:05nos supermercados,
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1:05 - 1:07até aos sistemas à escala industrial
-
1:07 - 1:10que mantêm operacionais
os centros de dados. -
1:10 - 1:12Coletivamente, estes sistemas
são responsáveis -
1:13 - 1:16por 8% da emissão global
de gases de efeito de estufa. -
1:16 - 1:18Mas o que não me deixa dormir
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1:18 - 1:22é que a energia usada para o arrefecimento
pode aumentar seis vezes mais até 2050, -
1:22 - 1:27principalmente devido ao aumento
do consumo na Ásia e em países africanos. -
1:27 - 1:29Eu vi isto diretamente.
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1:29 - 1:32Quase todos os apartamentos
nos arredores da casa da minha avó -
1:32 - 1:34têm hoje ar condicionado.
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1:34 - 1:37Isso é uma coisa boa para a saúde,
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1:37 - 1:40para o bem-estar e para a produtividade
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1:40 - 1:43das pessoas que vivem
em climas mais quentes. -
1:44 - 1:48Contudo, uma das coisas mais
alarmantes sobre a alteração climática -
1:48 - 1:50é que, quanto mais quente
o planeta se torna, -
1:50 - 1:53mais vamos precisar
de sistemas de arrefecimento -
1:53 - 1:57— sistemas que são grandes emissores
de gases de efeito de estufa. -
1:57 - 2:01Isto tem o potencial de criar
um círculo vicioso -
2:01 - 2:02em que só os sistemas de arrefecimento
-
2:02 - 2:05podem tornar-se uma das maiores
fontes de emissão de gases, -
2:05 - 2:07no futuro.
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2:07 - 2:09No pior dos casos, podemos vir a precisar
-
2:09 - 2:12de mais de 10 biliões
de quilowatts/hora todos os anos, -
2:12 - 2:14só para arrefecimento, no ano de 2100.
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2:15 - 2:18Isso é metade do atual
fornecimento de eletricidade. -
2:18 - 2:20Só para arrefecimento.
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2:21 - 2:25Mas isto também aponta
para uma oportunidade incrível. -
2:25 - 2:30Uma melhoria de 10 ou 20% na eficiência
de todos os sistemas de arrefecimento -
2:30 - 2:34poderia ter um impacto enorme nas
emissões de gases de efeito de estufa, -
2:34 - 2:37tanto hoje como no futuro.
-
2:38 - 2:42E podia ajudar-nos a evitar
esse ciclo vicioso, do pior dos cenários. -
2:43 - 2:47Sou um cientista que pensa
muito na luz e no calor. -
2:47 - 2:50Em particular, na forma como
os novos materiais nos permitem alterar -
2:50 - 2:52o fluxo dos elementos básicos da natureza
-
2:52 - 2:55de formas que antes
achávamos serem impossíveis. -
2:55 - 2:58Então, embora entendesse
o valor do arrefecimento -
2:58 - 3:00durante as minhas férias de verão,
-
3:00 - 3:02acabei por trabalhar neste problema
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3:02 - 3:06devido a um "puzzle" intelectual
que encontrei há uns seis anos. -
3:07 - 3:13Como é que as pessoas, antigamente,
conseguiam fazer gelo em climas desérticos? -
3:14 - 3:17Isto é uma foto de uma casa de gelo,
-
3:17 - 3:21também chamada "yakhchal",
situada no sudoeste do Irão. -
3:21 - 3:25Há dezenas de ruínas
destas estruturas no Irão, -
3:25 - 3:28com indícios de edifícios
parecidos pelo resto do Médio Oriente -
3:28 - 3:30e em todo o percurso até à China.
-
3:30 - 3:33As pessoas que trabalhavam
nas casas de gelo, há muitos séculos, -
3:33 - 3:36enchiam de água o tanque
que veem à esquerda. -
3:36 - 3:39nas horas da tarde,
quando o Sol se punha. -
3:39 - 3:41E algo incrível acontecia.
-
3:41 - 3:44Mesmo com a temperatura
do ar pouco acima de zero, -
3:44 - 3:48por exemplo, a cinco graus Celsius
ou 41 graus Fahrenheit, -
3:48 - 3:50a água congelava.
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3:51 - 3:55O gelo criado era recolhido
no início da manhã -
3:55 - 3:58e guardado no edifício
que veem à direita, -
3:58 - 4:00durante todos os meses de verão.
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4:00 - 4:03Já devem ter visto algo parecido
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4:03 - 4:06se já viram a geada a criar-se
no solo numa noite limpa, -
4:06 - 4:09mesmo com a temperatura
do ar muito acima de zero. -
4:09 - 4:10Mas esperem.
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4:10 - 4:14Como é que a água congelava,
se a temperatura do ar é acima de zero? -
4:14 - 4:16A evaporação pode ter ajudado,
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4:16 - 4:20mas não é suficiente
para tornar a água em gelo. -
4:20 - 4:22Outra coisa deve tê-la congelado.
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4:23 - 4:25Pensem numa tarte a arrefecer à janela.
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4:26 - 4:29Para arrefecer, o calor tem
que ir para algum lado mais frio, -
4:29 - 4:32nomeadamente o ar à sua volta.
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4:32 - 4:34Por impossível que pareça,
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4:35 - 4:40nesse tanque de água, o seu calor
está a fluir até o frio do espaço. -
4:42 - 4:44Como é que é possível?
-
4:45 - 4:48Bem, o tanque de água,
como muitos materiais naturais, -
4:48 - 4:50envia o seu calor sob a forma de luz.
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4:51 - 4:53Este é um conceito conhecido
por radiação térmica. -
4:54 - 4:58Neste momento, todos nós estamos a enviar
o nosso calor, como luz infravermelha, -
4:58 - 5:00uns para os outros e para os arredores.
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5:01 - 5:03Podemos ver isto com câmaras térmicas
-
5:03 - 5:07e a imagem que produzem,
como as que estou a mostrar agora. -
5:07 - 5:09Então, o tanque de água
está a enviar o calor -
5:09 - 5:11para cima, para a atmosfera.
-
5:11 - 5:14A atmosfera e as suas moléculas
-
5:14 - 5:16absorvem algum do calor
e enviam-no de volta. -
5:16 - 5:20Esse é o efeito de gases de estufa
responsável pela alteração climática. -
5:20 - 5:23Mas aqui está o que
precisamos de entender. -
5:23 - 5:26A atmosfera não absorve todo esse calor.
-
5:27 - 5:30Se assim fosse, estávamos
num planeta muito mais quente. -
5:30 - 5:32Em certos comprimentos de onda,
-
5:32 - 5:35em particular entre os 8 e os 13 mícrones,
-
5:35 - 5:39a atmosfera é conhecida
como uma janela de transmissão. -
5:39 - 5:45Esta janela permite que algum calor,
que sobe como luz infravermelha, -
5:45 - 5:48escape efetivamente,
levando com ele o calor do tanque. -
5:49 - 5:53E pode escapar para um lugar
que é muito mais frio. -
5:54 - 5:56O frio desta atmosfera mais elevada
-
5:56 - 5:58e todo o percurso até ao espaço,
-
5:58 - 6:01que pode chegar até aos
-270 graus Celsius, -
6:01 - 6:04ou -454 graus Fahrenheit.
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6:05 - 6:09Esse tanque de água é capaz
de enviar mais calor para o céu -
6:09 - 6:10e o céu manda-o de volta.
-
6:10 - 6:12Isso é porque
-
6:12 - 6:15o tanque irá arrefecer abaixo
da temperatura que a rodeia. -
6:16 - 6:20Este é um efeito conhecido
por arrefecimento noturno -
6:20 - 6:21ou arrefecimento radiante.
-
6:22 - 6:25E sempre foi entendido por
cientistas climáticos e meteorologistas -
6:25 - 6:28como um fenómeno natural
muito importante. -
6:29 - 6:30Quando me deparei com isto,
-
6:30 - 6:33estava quase a acabar o meu
doutoramento em Stanford. -
6:33 - 6:37Fiquei fascinado pela aparente
simplicidade do método de arrefecimento, -
6:38 - 6:39mas também confuso.
-
6:39 - 6:42Porque não usamos isto?
-
6:43 - 6:46Cientistas e engenheiros
tinham investigado esta ideia -
6:46 - 6:47em décadas anteriores.
-
6:47 - 6:50Mas acabou por existir, pelo
menos, um grande problema. -
6:51 - 6:54Era o chamado de arrefecimento
noturno por um motivo. -
6:54 - 6:55Porquê?
-
6:55 - 6:58Bem, é uma pequena coisa chamada Sol.
-
6:58 - 7:01Então, a superfície que está a arrefecer,
-
7:01 - 7:03tem que poder estar virada para o céu.
-
7:03 - 7:05E a meio do dia,
-
7:05 - 7:08quando podemos ansiar por algo frio,
-
7:08 - 7:11infelizmente, isso significa
que olhamos para o Sol. -
7:11 - 7:13O Sol aquece muitos dos materiais
-
7:13 - 7:16o suficiente para contrariar
o efeito de arrefecimento. -
7:16 - 7:18Eu e os meus colegas
passamos muito tempo -
7:18 - 7:21a pensar como podemos
estruturar os materiais -
7:21 - 7:22em escalas de comprimento
muito pequenas -
7:22 - 7:25para que possam fazer coisas
novas e úteis com a luz -
7:25 - 7:28— escalas mais pequenas do que
o comprimento das ondas de luz. -
7:28 - 7:30Usando conhecimentos desta área,
-
7:30 - 7:33conhecidos como a nanofotónica
ou a pesquisa metamaterial, -
7:33 - 7:36percebemos que poderá existir
uma forma de isto ser possível de dia. -
7:36 - 7:38pela primeira vez.
-
7:38 - 7:41Para tal, concebi um material
ótico de multicamadas -
7:41 - 7:43mostrado aqui numa imagem microscópica.
-
7:43 - 7:46É 40 vezes mais fino
do que um cabelo humano médio, -
7:46 - 7:49E é capaz de fazer duas coisas
simultaneamente. -
7:49 - 7:51Primeiro, envia o calor para fora
-
7:51 - 7:55precisamente para onde a nossa
atmosfera deixa sair melhor esse calor. -
7:55 - 7:57Apontamos para a janela para o espaço.
-
7:58 - 8:01A segunda coisa que faz
é evitar ser aquecido pelo Sol. -
8:01 - 8:04É um bom espelho à luz solar.
-
8:04 - 8:07A primeira vez que o testei
foi num telhado em Stanford -
8:07 - 8:09que estou a mostrar aqui.
-
8:09 - 8:12Deixei o dispositivo fora
durante algum tempo, -
8:12 - 8:15e voltei após alguns minutos,
-
8:15 - 8:18e, em segundos, soube
que estava a funcionar. -
8:18 - 8:19Como?
-
8:19 - 8:21Toquei nele e estava frio.
-
8:21 - 8:25(Aplausos)
-
8:27 - 8:31Só para realçar o quão estranho
e contraintuitivo isto é: -
8:31 - 8:33este material e outros parecidos
-
8:33 - 8:36ficam mais frios quando
os tiramos da sombra, -
8:36 - 8:38mesmo que estejam expostos ao Sol.
-
8:38 - 8:41Estou a mostrar-vos dados
da primeira experiência, -
8:41 - 8:43em que esse material ficou
mais frio cinco graus Celsius, -
8:43 - 8:47ou nove graus Fahrenheit,
do que a temperatura do ar, -
8:47 - 8:50apesar de o Sol estar a incidir
diretamente nele. -
8:51 - 8:54O método de manufatura
que usamos para criar este material -
8:54 - 8:57já existe em grande escala de volume.
-
8:57 - 8:58Eu estava muito entusiasmado,
-
8:58 - 9:01porque não só fizemos algo fixe,
-
9:01 - 9:06mas também podemos ter
a oportunidade de fazer algo real e útil. -
9:07 - 9:09Isso leva-me à próxima grande questão.
-
9:09 - 9:12Como é que realmente poupamos
energia com esta ideia? -
9:12 - 9:15Achamos que a forma mais direta
de poupar energia com esta tecnologia -
9:15 - 9:17é um reforço de energia
-
9:17 - 9:20para os sistemas de ar condicionado
de refrigeração atuais. -
9:20 - 9:23Para isso, criamos painéis
de arrefecimento de líquidos, -
9:23 - 9:24como os que aqui estão.
-
9:25 - 9:27Estes painéis têm uma forma
parecida com a dos painéis solares, -
9:27 - 9:30mas fazem o oposto — eles
arrefecem a água, passivamente, -
9:30 - 9:33usando o nosso material especializado.
-
9:33 - 9:35Estes painéis podem ser
instalados com um componente -
9:35 - 9:38que quase todos esses
sistemas têm, um condensador, -
9:38 - 9:41para aumentar a eficiência
subjacente do sistema. -
9:41 - 9:43A nossa "start-up", SkyCool Systems,
-
9:43 - 9:47completou há pouco um teste no terreno
em Davis, na Califórnia, como podem ver. -
9:48 - 9:49Nessa demonstração,
-
9:49 - 9:52mostrámos que podíamos
melhorar a eficiência -
9:52 - 9:55dos sistemas de arrefecimento
em 12% no terreno. -
9:55 - 9:57Dentro de um ou dois anos,
-
9:57 - 10:01estou muito entusiasmado para ver
os primeiros pilotos em escala comercial -
10:01 - 10:04tanto no sistema de arrefecimento
como na refrigeração do espaço. -
10:04 - 10:08No futuro, poderemos
integrar este tipo de painéis -
10:08 - 10:11com sistemas de arrefecimento
de maior eficiência -
10:11 - 10:14para reduzir o uso
de energia em dois terços. -
10:14 - 10:18E, eventualmente, poderemos
construir um sistema de arrefecimento -
10:18 - 10:20que não precise de consumir eletricidade.
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10:21 - 10:23Como primeiro passo para lá chegar,
-
10:23 - 10:24os meus colegas em Stanford e eu
-
10:24 - 10:26mostrámos que podemos manter
-
10:27 - 10:31algo mais do que 42 graus Celsius
abaixo da temperatura do ar -
10:31 - 10:33com melhor engenharia.
-
10:33 - 10:35Obrigado.
-
10:35 - 10:38(Aplausos)
-
10:39 - 10:41Então imaginem só,
-
10:41 - 10:44algo que é abaixo de zero
num dia quente de verão. -
10:46 - 10:51Embora esteja entusiasmado sobre
o que podemos fazer para o arrefecimento -
10:51 - 10:54— e acho que ainda há muito a fazer —
-
10:54 - 10:57como cientista, também estou interessado
numa oportunidade mais profunda, -
10:57 - 11:00que acho que este trabalho destaca.
-
11:00 - 11:03Podemos usar a fria escuridão do espaço
-
11:03 - 11:05para melhorar a eficiência
-
11:05 - 11:08de todos os processos relacionados
com a energia aqui na Terra. -
11:09 - 11:13Um dos processos que gostava
de destacar são os painéis solares. -
11:13 - 11:15Eles aquecem sob o Sol
-
11:15 - 11:17e tornam-se menos eficientes
à medida que aquecem. -
11:17 - 11:21Em 2015, mostrámos que
com microestruturas deliberadas -
11:21 - 11:23em cima de um painel solar,
-
11:23 - 11:26poderíamos tirar maior vantagem
deste efeito de arrefecimento -
11:26 - 11:30para manter o painel solar, passivamente,
a uma temperatura mais baixa. -
11:30 - 11:32Isto faz com que o painel
funcione melhor. -
11:33 - 11:36Estamos a explorar ainda mais
este tipo de oportunidades. -
11:36 - 11:39Estamos a perguntar
se podemos usar o frio do espaço -
11:39 - 11:41para nos ajudar a conservar a água.
-
11:41 - 11:44Ou talvez em cenários fora da rede.
-
11:44 - 11:48Talvez também pudéssemos
gerar energia com este frio. -
11:49 - 11:52Há uma grande diferença
de temperatura entre nós, aqui na Terra, -
11:52 - 11:53e o frio do espaço.
-
11:53 - 11:55Essa diferença, pelo menos
a nível conceptual, -
11:55 - 11:58poderia ser usada para
alimentar um motor térmico -
11:58 - 12:00para gerar eletricidade.
-
12:00 - 12:04Será que poderemos criar
um gerador de eletricidade noturno -
12:04 - 12:06que crie quantidades úteis de eletricidade
-
12:06 - 12:08quando os painéis solares não funcionam?
-
12:08 - 12:11Poderemos criar luz
a partir da escuridão? -
12:12 - 12:16O objetivo desta capacidade
é ser capaz de gerir -
12:16 - 12:19a radiação térmica que está à nossa volta.
-
12:19 - 12:23Estamos constantemente banhados
em luz infravermelha. -
12:23 - 12:25Se a pudéssemos manipular,
à nossa vontade, -
12:25 - 12:28poderíamos mudar os fluxos
do calor e da energia -
12:28 - 12:31que estão connosco todos os dias.
-
12:31 - 12:35Esta capacidade, juntamente
com a fria escuridão do espaço, -
12:35 - 12:38aponta para um futuro
em que nós, como civilização, -
12:38 - 12:42poderemos conseguir gerir
de forma mais racional -
12:42 - 12:45a pegada de energia térmica
em grande escala. -
12:46 - 12:48Para enfrentar a alteração climática,
-
12:48 - 12:51creio que ter esta capacidade
-
12:51 - 12:53se irá tornar essencial.
-
12:53 - 12:56Então, da próxima vez
que estiverem a andar na rua, -
12:57 - 13:03pensem bastante em como o Sol
é essencial para a vida humana na Terra, -
13:03 - 13:08mas não se esqueçam que o resto do céu
também tem algo para oferecer. -
13:09 - 13:10Obrigado.
-
13:10 - 13:13(Aplausos)
- Title:
- Como podemos tornar o frio do espaço numa nova energia renovável
- Speaker:
- Aaswath Raman
- Description:
-
E se pudéssemos usar a escuridão fria do espaço para arrefecer os edifícios na Terra? Nesta palestra arrebatadora, o físico Aaswath Raman fala em pormenor sobre a tecnologia que está a desenvolver para aproveitar o "arrefecimento noturno" — um fenómeno natural onde a luz infravermelha escapa da Terra e vai em direção ao espaço, levando o calor com ela — que pode reduzir drasticamente a energia usada pelos sistemas de arrefecimento. Aprendam mais sobre como esta abordagem nos poderia levar a um futuro em que explorássemos a energia do universo de forma inteligente.
- Video Language:
- English
- Team:
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- TEDTalks
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- 13:30
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