Uzayın soğukluğunu yenilenebilir bir kaynağa nasıl dönüştürebiliriz?

Ya dünyadaki binaları soğutmak için uzaydaki soğuk karanlığı kullanabilirsek? Bu akıllara durgun konuşmada, fizikçi Aaswath Raman, geliştirdiği teknolojiyi "gece-gökyüzü soğutması" nı (kızıl ötesi ışığın yeryüzünden kaçtığı ve uzaya doğru uzandığı doğal bir fenomen) ayrıntılarını önemli ölçüde azaltabilecek şekilde detaylandırır. Soğutma sistemlerimiz tarafından kullanılan enerji. Bu yaklaşımın bizi evrenin enerjisine akıllıca dokunduğumuz bir geleceğe nasıl yönlendirebileceği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Büyürken her yaz,

yaşadığım yer olan Kanada'dan
büyüklerimi ziyaret etmek için

Mumbai, Hindistan'a uçardım.

Şimdi, yazları Kanada havası
oldukça ılımandır,

22 santigrat derece ya da 72 fahrenheit,

tipik bir yaz günüdür
ve fazla sıcak da değildir.

Diğer yandan, Mumbai sıcak ve nemlidir.

30 santigrat derece ya da
90 fahrenheit civarı.

Varır varmaz şunu sorardım;

bu havada insan nasıl yaşayabilir,
çalışabilir ya da uyuyabilir ki?

İşin daha da kötüsü,
büyükannemlerin kliması yoktu.

Ne kadar denersem deneyeyim,

onları asla bir klima
almaya ikna edemedim.

Ama bu değişiyor
ve üstelik hızlı bir şekilde.

Soğutma sistemleri,
günümüzde harcadığımız elektriğin

%17'lik kısmına denk geliyor.

Bu yaz tatillerimde umutsuzca istediğim

klimaların hepsini içeriyor,

yiyeceklerimizi soğuk ve güvenli
tutan soğutuculardan

süpermarketlerimizden

veri merkezlerimizi çalışır hâlde tutan
endüstriyel ölçekli sistemlere.

Bu sistemler, küresel sera gazı
emisyonunun

%8'lik kısmını oluşturuyor.

Ama benim uykularımı kaçıran şey

soğutma için kullandığımız enerjinin
2050 yılında altı katına çıkması,

öncelikli olarak da Asya ve Afrika'da
kullanımın artmasıyla.

İlk elden gördüm.

Büyükannemlerin evinin civarında

neredeyse her evde soğutma sistemi var.

Ve empati yapacak olursak

sıcak iklimlerde yaşayan
insanların sağlığı,

refahı ve verimliliği için
iyi bir şey.

İklim değişikliğiyle ilgili
en endişe verici şey;

gezegenimiz ısındıkça

daha fazla soğutma sistemine
ihtiyaç duymamız--

kendileri de büyük sera gazı emisyonları
yayan sistemler.

Bu, soğutma sistemlerinin tek başına
bu yüzyılın en büyük

sera gazı kaynaklarımızdan

biri olabileceği
bir dönüt döngüsüne

neden olma potansiyeline sahiptir.

En kötü senaryoda,

her yıl 10 trilyon kilovat saatten fazla
elektrik ihtiyacımız olabilir,

üstelik bu 2100 yılında
sadece soğutma için gerekli.

Bu şu anki elektrik arzımızın yarısı.

Sadece soğutma için.

Ama bu aynı zamanda bize
çok önemli bir fırsatı da gösteriyor.

Her soğutma sisteminin verimliliğindeki,
%10-20'lik iyileştirme,

sera gazı emisyonunda
oldukça büyük bir etki yaratabilir,

bu hem bugün hem de
gelecek yüzyıllar için geçerli.

Ve bu en kötü durum geri bildirimini
engellememize yardımcı olabilir.

Işık ve ısıya fazla kafa yoran
bir bilim adamıyım.

Özellikle, bir zamanlar
imkânsız olarak düşündüğümüz şekillerde,

yeni materyallerin doğanın

bu temel unsurlarını değiştirmemize
nasıl izin verdiğiyle ilgili.

Yaz tatilimde soğutmanın değerini anlarken

bir yandan da aslında

bu problem üzerinde çalışıyordum,

çünkü altı yıl önce bir bulmacayla
karşılaştım.

Eski zamanlarda insanlar çöl ikliminde
nasıl buz yapabiliyordu?

Bu bir buz deposunun fotoğrafı,
İran'ın güneybatısından.

Yakhchal olarak da adlandırılır

İran boyunca, bu tür yapıların
düzinelerce kalıntıları var.

Üstelik Ortadoğu'nun geri kalanında
ve Çin'e kadar tüm yollarda

benzer kalıntılar var.

Yüzyıllar önce bu buz deposunu
yapan insanlar,

solda gördüğünüz havuza

günün erken saatlerinde su taşırdı.

Daha sonra inanılmaz bir şey oldu.

Hava donma derecesinden yüksek olsa da

örneğin 5 santigrat derece ya da
41 fahrenheit,

su donardı.

Oluşan buz sabahın erken
saatlerinde toplanıp,

sağda gördüğünüz binada
kullanılmak üzere saklanır

ve bu tüm yaz ayı boyunca yapılır.

Hava sıcaklığının
çok yüksek olduğu durumlarda bile,

açık bir gecede zeminde
donu fark ettiyseniz,

çok benzer bir şey görmüşsünüzdür.

Ama bekleyin.

Hava donma derecesinin üzerindeyse
su nasıl dondu?

Buharlaşma bir etken olabilir

ama bu suyun buza dönüşmesi
için yeterli değil.

Bunu başka bir şey soğutmuş olmalı.

Pencere pervazında soğumaya bırakılmış
bir turta düşünün.

Soğuyabilmesi için, ısısının daha serin
bir yere akması gerekir.

Yani onu çevreleyen havanın.

İnanılması güç gibi gelse de

bu su havuzu için ısı aslında,
uzayın soğukluğuna akıyor.

Bu nasıl mümkün olabilir?

Bu su havuzu
çoğu doğal materyal gibi

ısısını ışık olarak yayar.

Bu termal radyasyon olarak bilinir.

Aslında hepimiz ısımızı birbirimize
ve etrafımıza kızıl ötesi ışın olarak

gönderiyoruz.

Aslında termal kameralarla
bunu gözlemliyoruz

ve şu an size gösterdiklerim gibi
fotoğraflar elde ediyoruz.

Yani bu su havuzu ısısını

atmosfere doğru gönderiyor.

Atmosfer ve içindeki moleküller

bu ısının bir kısmını emiyor ve
geri gönderiyor.

İklim değişikliğinden sorumlu
sera gazının sebebi de bu.

Ama anlamamız gereken esas şey şu:

Atmosferimiz, bu ısının hepsini emmiyor.

Eğer yapsaydı, çok daha sıcak bir
gezegenimiz olurdu.

Bazı dalga boylarında,

özellikle 8 ve 13 mikron arası,

atmosferimiz iletim penceresi
görevi görür.

Bu pencere ısının bir bölümünün
kızılötesi olarak

havuzun ısısından taşınmasını sağlar.

Ve çok daha soğuk bir yere taşınır.

Bu üst atmosferin soğuğu ve

eksi 270 santigrat derece

veya eksi 454 derece Fahrenheit

kadar soğuk olabilen dış uzaya kadar.

Yani bu havuz gökyüzünün
yere geri gönderdiğinden

daha fazla ısıyı gökyüzüne gönderiyor.

Ve işte bu yüzden,

havuz çevrenin sıcaklığı altında
soğumaktadır.

Bu etki gece serinliği ya da

radyasyonel soğuma olarak bilinir.

Ve bu iklim bilimciler
ve meteorolojistler

tarafından doğal bir fenomen olarak
kabul görür.

Tüm bunlarla karşılaştığımda,

Stanford'daki doktoramın sonlarına
yaklaşmıştım.

Ve bir soğutma metodu olarak basitliği
karşısında hayrete düşmüş

ve oldukça şaşırmıştım.

Peki bizler neden bundan yararlanmıyoruz?

Bilim insanları ve mühendisler,
bu fikri geçtiğimiz

on yılda inceledi.

Ama son bir büyük problem ortaya çıkmış.

Buna gökyüzü soğutması adının verilmesinin
bir nedeni var.

Peki neden?

Güneş denilen küçük bir şey.

Soğutmayı yapan yüzeyin

gökyüzüne dönük olması gerekir.

Ve günün ortasında

soğuk bir şeyi en çok istediğimiz zamanda,

maalesef, bu güneşe bakacaksınız demektir.

Ve güneş çoğu materyali bu soğutma

etkisini kaybedecek şekilde ısıtır.

İş arkadaşlarım ve ben
zamanımızın çoğunu

materyalleri çok küçük ölçeklerde
nasıl boyutlandıracağımız

ve ışığın dalga boyundan
daha küçük

ışık-uzunluk ölçekleriyle
yeni ve kullanışlı şeyler

yapacağımız üzerinde
düşünerek geçiriyoruz.

Bu alandaki bilgileri kullanarak

nanofotonik bilimi ya da
metamateryal araştırması olarak bilinir,

bunu gün içerisinde kullanmanın
bir yolu olabileceğini

ilk defa keşfettik.

Bunu yapmak için
burada mikroskobik görüntüsü olan

çok katlı bir optik materyal tasarladım.

Bu insan saçından 40 kat daha ince.

Ve aynı anda iki şeyi yapabilir.

İlk, ısıyı atmosferimizin göndermeye

izin verdiği en iyi yere gönderir.

Uzaya bir pencere hedefledik.

İkincisiyse, güneşten ısı alır.

Güneş ışığını yansıtmak için
çok iyi bir aracı.

Bunu ilk test ettiğimde size
burada gösterdiğim gibi

Stanford'da çatı katındaydım.

Cihazı bir süreliğine bıraktım

ve birkaç dakika ona doğru
yürüdükten sonra

birkaç saniye içinde
çalıştığını biliyordum.

Peki nasıl?

Dokundum ve soğuğu hissettim.

(Alkışlar)

Bunun ne kadar tuhaf ve mantıksız
olduğunu anlamanız için şuna bakın,

bu ve bunun gibi materyaller

gölgeden alındıklarında daha da soğur

hatta güneş ışığına maruz kalsalar bile.

Size ilk deneylerimizden
bir veri gösteriyorum,

burada materyal 5 dereceden fazla
bir ısıya maruz kalıyor

ya da hava sıcaklığından
9 fahrenheit daha soğuk

ve güneş ışığı üzerine vuruyor.

Bu materyali yapmak için kullandığımız
üretim metodu,

büyük hacimli ölçeklerde hâlihazırda var.

Oldukça heyecanlıydım,

sadece çok havalı bir şey
yaptığımız için değil

aynı zamanda gerçek ve işe yarar bir şey
yapma fırsatı da elde etmiştik.

Bu beni bir sonraki
büyük soruya götürdü.

Bu fikirle nasıl enerji tasarrufu yaparız?

Bu teknolojiyle
enerji tasarrufu yapmanın en direkt

yolunun bugünkü havalandırma

ve soğutma sistemlerinin
etkinliğini artırmak olduğuna inanıyoruz.

Bunu yapmak için
burada gördüğünüz gibi

sıvı soğutma panelleri yaptık.

Bu paneller güneş enerjili su ısıtıcısına
benzer şekilde

ama işlevleri tam tersi,
suyu soğutmak için varlar,

bunu da bizim özel materyalimizle
yapıyorlar.

Bu paneller her soğutma sisteminde bulunan

kondansatör ile birleştirilip

sistemin altında yatan
verimliliği artırabilir.

Bizim başlangıcımız, SkyCool Sistemleri

burada gösterdiğim Kaliforniya, Davis'de
saha denemelerini tamamladı.

Bunu kanıtlayarak

gerçekten de bu soğutma sisteminin
verimliliğini

%12 kadar geliştirebileceğimizi
gösterdik.

Gelecek 1 ya da 2 yıl boyunca,

ilk ticari ölçekli denemelerini
hem iklimlendirme

hem de soğutma alanında
görmeyi heyecanla bekliyorum.

Gelecekte, bu tip panelleri

daha verimli soğutma sistemleriyle
birleştirerek

enerji tüketimini
üçte iki oranında azaltabiliriz.

Sonuç olarak, elektrik gerektirmeyen

bir soğutma sistemi inşa edebiliriz.

Bunun için ilk adım olarak,

Stanford'daki arkadaşlarım ve ben

daha iyi bir müdendislikle

eksi 42 santigrat dereceden
fazlasında bunu

yapabileceğimizi gösterdik.

Teşekkürler.

(Alkışlar)

Şunu bir hayal edin...

Sıcak bir yaz gününde
donma derecesinin altında bir şey.

Soğutma için yapabileceğimiz şeylerle
ilgili çok heyecanlıyım

ve hâlâ yapılması gereken çok şey
olduğunu düşünüyorum,

bir bilim insanı olarak, bu çalışmanın
öne çıkardığına inandığım

büyük bir fırsata yöneldim.

Uzayın soğuk karanlığını kullanarak

dünyada her enerji bağımlı sürecin

verimliliğini artırabiliriz.

Vurgulamak istediğim süreçlerden
birisi güneş pilleri.

Güneşin altında ısınıyor

ve ne kadar ısınırlarsa
o kadar verimsiz hâle geliyorlar.

2015'de, bir güneş pilinin üzerindeki
mikroyapı çeşitleri

üzerinde yaptığımız çalışmalarda

bir güneş pilini daha düşük sıcaklıkta
tutmak için

bu soğutma etkisinden
daha iyi yararlanabileceğimizi gösterdik.

Bu, pilin daha verimli çalışmasını
sağlıyor.

Bu tür fırsatları daha fazla irdeliyoruz.

Su muhafazası için
uzayın soğukluğunu

kullanıp kullanamayacağımızı sorguluyoruz.

Ya da şebekeden
bağımsız senaryolar için.

Belki de bu soğuğu
güç üretmek için bile kullanabiliriz.

Dünya ile uzaydaki soğuk arasında

büyük bir sıcaklık farkı var.

Bu farklılık, kavramsal olarak,

elektrik üretmek için
ısı makinesi denilen

bir şeyi kullanmayı sağlayabilir.

Güneş pilleri çalışmadığı zaman

işe yarar miktarda elektrik üreten
gece çalışan

bir enerji üretim cihazı
yapabilir miyiz?

Karanlıktan ışık elde edebilir miyiz?

Bu yeteneğin merkezinde

etrafımızı saran termal radyasyonu
kontrol edebilmek yatıyor.

Sürekli kızılötesi ışığa maruz kalırız;

bunu kendi lehimize çevirebilirsek

her gün etrafımıza sızan ısı
ve enerjinin

akışını derinden değiştirebilirdik.

Bu yetenek, uzayın soğuk karanlığıyla
birleştiğinde,

bize geleceği gösteriyor;

bir medeniyet olarak termal ayak izimizi

büyük ölçüde daha iyi yönetebiliriz.

İklim değişikliğine karşı koyarken,

Alet takımımızda bu yeteneğin olmasının
ne kadar

önemli olduğunu
ispatlayacağına inanıyorum.

Bir dahaki sefere sokakta yürürken

evet, güneşin yeryüzünde yaşam için
nasıl gerekli olduğuna hayret edin,

ama unutmayın, gökyüzünün de
bize sunabileceği bir şey var.

Teşekkürler.

(Alkışlar)