Како можемо претворити хладноћу свемира у обновљиви ресурс

Шта би било кад бисмо користили хладну таму свемира за хлађење зграда на земљи? У овом разборитом говору, физичар Асват Раман износи детаље технологије коју развија да би искористио ноћно хлађење - природни феномен, где инфрацрвена светлост напушта земљу и одлази у свемир односећи са собом топлоту - које би драматично смањило потршњу енергије коју користимо за расхладне системе. Сазнајте више о томе како овај приступ може да нас одведе у будућност, где бисмо интелигентно искористили енергију универзума.

Сваког лета, док сам одрастао,

летео сам из Канаде, где живим,
да посетим баку и деку

који су живели у Мумбају у Индији.

Лета у Канади су прилично блага,

око 22°C или 72°F

и то је типичан летњи дан,
не превише врео.

Мумбај је, међутим, врело и влажно место,

знатно изнад 30 степени целзијуса,
или 90 степени фаренхајта.

Чим бих стигао, питао бих:

,,Како ико може да живи, ради
или спава по оваквом времену?"

Што је још горе, бака и дека
нису имали клима-уређај.

Мада сам се трудио много,

никад нисам успео да их убедим да га купе.

Али то се мења, и то брзо.

Данашњи расхладни уређаји
свеукупно имају учешће од 17 посто

у светској потрошњи струје.

Ово обухвата све, од клима-уређаја

за којим сам очајно жудeо
током летњих распуста,

до расхладних система
који чувају и хладе храну

у супермаркетима,

па до система на индустријском нивоу

који одржавају функционалним
центре за управљање подацима.

Они заједно учествују
са 8 посто у емисији гасова

који стварају ефекат стаклене баште.

Брине ме то што се потрошња
енергије за хлађење

може увећати шест пута до 2050. године,

првенствено због повећане употребе
у азијским и афричким земљама.

Ово сам видео из прве руке.

Скоро сваки стан око бакиног

сада има клима-уређај.

Недвосмислено, ово је добра ствар

за здравље, добробит и продуктивност

оних који живе у подручјима
са топлијом климом.

Међутим, једна од најалармантнијих ствари
у вези са климатским променама је да,

што се наша планета више загрева,

требаће нам све више расхладних система,

система који много доприносе
ефекту стаклене баште емисијом гасова.

Ово може довести до затвореног круга,

где би сами расхладни системи

могли постати највећи извори
ефекта стаклене баште

крајем овог века.

У најгорем случају

требало би нам 10 билиона
киловат сати годишње,

само за расхлађивање, до 2100. године.

То је половина данашњег снабдевања
електричном енергијом.

Само за расхлађивање.

Али ово нам такође указује
на једну невероватну могућност.

Побољшање ефикасности
расхладних система за 10 до 20 посто

могао би имати огроман утицај
на емисију гасова,

како данас, тако и крајем овог века.

То би нам помогло да спречимо
најгори случај затвореног круга.

Ја сам научник који много размишља
о светлости и топлоти.

Конкретно о томе, како нам нови материјали
дозвољавају да изменимо ток

базичних елемената природе

на начин који се некад чинио немогућим.

Увек сам разумео вредност расхлађивања

током летњих распуста,

а заправо се напрежем
да решим овај проблем,

на шта ме је потакла једна интелектуална
загонетка пре шест година.

Како су древни народи умели да праве лед
у пустињској клими?

Ово је слика једне ледаре

која се зове Јакчал и налази се
на југозападу Ирана.

Постоје рушевине оваквих грађевина
широм Ирана,

са подацима о сличним грађевинама
широм Средњег истока,

све до Кине.

Људи који су управљали овом ледаром
пре много векова,

сипали би воду у базен са леве стране

у раним вечерњим сатима по заласку сунца.

Онда се десило нешто запањајуће.

Мада је температура ваздуха
била изнад смрзавања,

можда 5 °C или 41 °F,

вода би се замрзла.

Нагомилани лед се сакупљао
у раним јутарњим сатима

и складиштио се у овој згради десно,

за употребу током летњих месеци.

Вероватно сте видели да се слично одиграва

кад приметите иње при тлу
кад је ведра ноћ,

иако је температура ваздуха
изнад тачке замрзавања.

Али чекајте.

Како то да се вода замрзава
иако је температура у плусу?

Можда је то утицај испаравања,

али то није довољно
да се вода претвори у лед.

Мора да је нешто друго охладило воду.

Замислите да се пита хлади на прозору.

Да би се охладила, њена врелина
мора да струји негде где је хладније.

То јест, у ваздух који је окружује.

Колико год невероватно звучало,

топлота воде из базена струји
у хладан свемир.

Како је то могуће?

Тако, што тај базен са водом,
као већина природних материјала,

зрачи своју топлоту као светлост.

То је концепт топлотног зрачења.

Управо сада сви зрачимо нашу топлоту
као инфрацрвено светло,

како према другима, тако и у околину.

Ово се може визуелизовати
термалним камерама

које производе овакве слике.

Базен са водом шаље своју топлоту

горе у атмосферу.

Атмосфера и молекули у њој

апсорбују нешто од те топлоте
и враћају је назад.

То је ефекат стаклене баште
који је одговоран за климатске промене.

Али има једна кључна ствар
коју треба разумети.

Атмосфера не апсорбује сву топлоту.

Кад би било тако,
планета би била много топлија.

На одређеним таласним дужинама,

посебно између 8 и 13 микрона,

атмосфера поседује такозвани
прозор за пренос.

Тај прозор омогућава топлоти
које се диже као инфрацрвено светло

да побегне, односећи топлоту из базена.

А нестаје ка месту
које је много, много хладније.

Хладноћа горње атмосфере

и читавог свемира

може достићи -270 °C,

односно -454 °F.

Тај базен са водом може да пошаље
више топлоте према небу,

него што небо може да врати.

Зато ће се

базен расхладити на нижу
температуру од околне.

То је такозвано ноћно хлађење

или радијативно хлађење.

Климатолози и метеоролози одувек сматрају

да је то веома важна природна појава.

На ову појаву сам наишао

при крају докторских студија на Станфорду.

Био сам запањен колико је ово
једноставна метода хлађења,

а још увек загонетна.

Зашто није у употреби?

Научници и инжењери су претходних деценија

истраживали ову идеју.

Али појавио се најмање
један велики проблем.

Не назива се без разлога ноћно хлађење.

Зашто?

Због стварчице која се зове сунце.

Површина која се излаже хлађењу

мора бити окренута небу.

А средином дана,

када бисмо хтели да нешто
охладимо што је могуће више,

на жалост гледамо у сунце.

Сунце загрева ствари

толико, да се потпуно
супротставља ефекту хлађења.

Провео сам много времена са колегама

да бисмо створили материјал

који ће на малом опсегу

учинити нешто ново и корисно са светлошћу:

на таласној дужини која је мања
од таласне дужине светлости.

Увидом у нанофотонику,

то јест у истраживање метаматеријала,

схватили смо да мора постојати начин
да се ово постигне

по први пут, дању.

Зато сам дизајнирао
вишеслојни оптички материјал

који је на овој микроскопској слици.

Тањи је од људске длаке 40 пута.

Може да уради две ствари истовремено.

Прво, пропушта топлоту

баш тамо, где атмосфера
најбоље пропушта топлоту.

Усмерили смо га на прозор за свемир.

Друго, не загрева се на сунцу.

Врло добро рефлектује сунчеву светлост.

Први пут сам га тестирао
на крову Станфорда,

ево, видите.

На кратко сам оставио уређај,

а кад сам се после неколико минута вратио,

одмах сам схватио да ради.

Како?

Пипнуо сам га и био је хладан.

(Аплауз)

Нагласио бих колико је ово
чудно и нелогично,

јер материјали слични овом

биће још хладнији
када их извадимо из сенке,

без обзира што их обасјава сунце.

Ево податка од првог експеримента,

где је материјал остао 5 °C хладнији,

или 9 °F, него температура ваздуха,

иако је био изложен сунцу директно.

Производна технологија материјала

већ увелико постоји.

Заиста сам био узбуђен,

не само зато што смо направили нешто кул,

већ зато што имамо могућности
да урадимо нешто стварно и корисно.

То ме доводи до следећег питања:

како може да се уштеди енергија
овом идејом?

Мислимо да је најдиректнији начин

повећањем ефикасности клима уређаја

и расхладних система.

Зато смо створили течне расхладне панеле

као ове овде.

Имају исти облик као соларни грејачи воде,

осим што раде супротно: пасивно хладе воду

користећи наш специјализовани материјал.

Панели могу бити уграђени
са кондензатирима,

што скоро сваки расхладни систем има,

да побољшају основну ефикасност система.

Наша стартап фирма, Скајкул Системс,

недавно је завршила пробу на терену
у Дејвису у Калифорнији, као што видите.

Том пробом смо показали

да можемо повећати ефикасност

расхладног система за 12 посто.

Током следећих годину-две

једва чекам да се ово комерцијализује

на пољу климатизације
и расхладних уређаја.

У будућности могли бисмо
уградити овакве панеле

у системе са већом ефикасношћу хлађења,

да бисмо смањили потрошњу енергије
за две трећине.

На крају, могли бисмо изградити
расхладне системе

који уопште не би користили струју.

Као прве кораке ка томе,

моје колеге са Станфорда и ја

показали смо да можете нешто одржати

на 42 °C испод температуре ваздуха,

са бољим техничким решењима.

Хвала лепо.

(Аплауз)

Замислите само

да је нешто испод тачке замрзавања
у врелом, летњем дану.

Веома сам усхићен свиме
што можемо чинити за расхлађивање,

мислим да још много тога има да се уради,

а као научника вуче ме још дубља могућност

онога, што мој рад истиче.

Можемо искористити хладну таму свемира

да бисмо побољшали ефикасност

сваког енергетског процеса на земљи.

Један такав процес који бих истакао
су соларне ћелије.

Загревају се на сунцу

и што су врелије, све су мање ефикасне.

2015. смо показали да одређеним
микроструктурама

на површини ћелија

можемо боље искористити ефекат хлађења,

да бисмо одржали ћелију пасивном
на нижој температури.

То омогућава ћелији ефикаснији рад.

И надаље испробавамо ове могућности.

Питамо се, може ли се употребити
хладноћа из свемира

у очувању водених ресурса.

Или за производњу енергије
независно од мреже.

Можда можемо директно произвести струју
помоћу ове хладноће.

Велика је разлика у температури

између земље и свемира.

Та разлика, макар идејно,

могла би покретати неку грејну машину

за производњу струје.

Да ли бисмо могли онда направити
уређај за прозводњу енергије

који би производио струју ноћу,

када соларне ћелије не раде?

Можемо ли произвести светлост из таме?

Централно питање је управљање

термалном радијацијом која нас окружује.

Непрестано се купамо
у инфрацрвеној светлости.

Ако бисмо је потчинили нашој вољи,

могли бисмо из основа променити
ток топлоте и енергије

која се прожима око нас свакодневно.

Ова способност, удружена
са хладном тамом свемира,

показује нам будућност где бисмо,
као цивилизација, управљали

нашим енергетским отиском интелигентније,

на највишем нивоу.

Пошто се суочавамо
са климатским променама,

верујем да ће се показати

да ће то бити наше најбитније оруђе.

Следећи пут, док се шетате напољу,

дивите се сунцу, колико је оно
суштинско за живот на земљи,

али не заборавите да и остатак неба
има нешто да нам понуди.

Хвала.

(Аплауз)