Как превратить холод космоса в возобновляемый ресурс
-
0:02 - 0:04В детстве я каждое лето
-
0:04 - 0:07улетал из родной Канады
в гости к бабушке и дедушке -
0:07 - 0:09в Индию, в город Мумбаи.
-
0:09 - 0:12В Канаде лето довольно умеренное:
-
0:12 - 0:16средняя температура днём
около 22 градусов по Цельсию -
0:16 - 0:19или 72 градусов по Фаренгейту,
и не слишком жарко. -
0:19 - 0:22А вот в Мумбаи очень жарко и влажно,
-
0:22 - 0:26хорошо за 30 градусов по Цельсию
или за 90 градусов по Фаренгейту. -
0:26 - 0:28Прилетая туда, я спрашивал себя:
-
0:28 - 0:32«Как можно жить, работать
и спать в такую погоду?» -
0:34 - 0:37К тому же в доме у бабушки
и дедушки не было кондиционера. -
0:38 - 0:41И, несмотря на все мои старания,
-
0:41 - 0:43я так и не смог уговорить их
его приобрести. -
0:44 - 0:47Но ситуация меняется, причём очень быстро.
-
0:48 - 0:52Сегодня на работу систем охлаждения
уходит 17 процентов -
0:52 - 0:55используемого электричества во всём мире.
-
0:55 - 0:57К ним относятся и кондиционеры,
-
0:57 - 1:00которых мне так отчаянно не хватало
во время летних каникул, -
1:00 - 1:04и холодильные системы,
которые не дают нашей еде испортиться -
1:04 - 1:05в супермаркетах,
-
1:05 - 1:09и системы промышленных масштабов
для поддержания центров обработки данных -
1:09 - 1:10в рабочем состоянии.
-
1:10 - 1:13На все эти системы
приходится восемь процентов -
1:13 - 1:15глобальных выбросов парниковых газов.
-
1:16 - 1:17Но вот что не даёт мне покоя:
-
1:17 - 1:22к 2050 году расход электроэнергии
на охлаждение может вырасти в шесть раз, -
1:22 - 1:27главным образом из-за более широкого
распространения в странах Азии и Африки. -
1:27 - 1:29Я видел это своими глазами.
-
1:29 - 1:32Почти в каждой квартире
в районе, где живёт моя бабушка, -
1:32 - 1:34теперь есть кондиционер.
-
1:34 - 1:37И, конечно же, это хорошо
-
1:37 - 1:40для здоровья, самочувствия
и работоспособности -
1:40 - 1:43жителей жарких стран.
-
1:44 - 1:48Но в глобальном потеплении
наибольшую тревогу вызывает то, -
1:48 - 1:50что чем больше нагревается наша планета,
-
1:50 - 1:53тем больше нам нужны системы охлаждения,
-
1:53 - 1:57которые сами по себе являются крупными
источниками выбросов парниковых газов. -
1:57 - 2:01В итоге может образоваться порочный круг,
-
2:01 - 2:02и системы охлаждения
-
2:02 - 2:05сами станут одним из крупнейших
источников парниковых газов -
2:05 - 2:06к концу XXI века.
-
2:07 - 2:08В худшем случае
-
2:08 - 2:11к 2100 году нам нужно будет
каждый год тратить -
2:11 - 2:14более 10 триллионов киловатт-часов
электричества только на охлаждение. -
2:15 - 2:18Это половина всей нашей
электроэнергии сегодня. -
2:18 - 2:19Только на охлаждение.
-
2:21 - 2:25Но этот же факт указывает нам
на удивительную возможность. -
2:25 - 2:30Повышение производительности каждой
системы охлаждения на 10–20 процентов -
2:30 - 2:34может значительно снизить
выброс парниковых газов, -
2:34 - 2:36как сегодня, так и к концу века,
-
2:38 - 2:42и может помочь нам избежать
того самого порочного круга. -
2:43 - 2:47Я учёный и часто размышляю
о свете и тепле. -
2:47 - 2:50В частности, о том, как новые материалы
позволяют изменить ход -
2:50 - 2:52этих основных природных явлений так,
-
2:52 - 2:55как раньше считалось невозможным.
-
2:55 - 2:58И хотя ещё во время
своих летних каникул я понимал, -
2:58 - 3:00как много значит охлаждение,
-
3:00 - 3:02на самом деле я стал работать
над этой проблемой -
3:02 - 3:06из-за головоломки, о которой
узнал лет шесть назад. -
3:07 - 3:13Как древние люди создавали лёд в пустыне?
-
3:14 - 3:17Это ледяной дом,
-
3:17 - 3:20он же «яхчал», который находится
на юго-западе Ирана. -
3:21 - 3:25Во всём Иране десятки руин таких домов,
-
3:25 - 3:28также есть свидетельства подобных строений
и в других странах Ближнего Востока -
3:28 - 3:30вплоть до Китая.
-
3:30 - 3:33Люди, много веков назад
работавшие в этом ледяном доме, -
3:33 - 3:36заливали воду в резервуар слева
-
3:36 - 3:39ранним вечером, на закате солнца.
-
3:39 - 3:41А потом происходило невероятное.
-
3:41 - 3:44Несмотря на то, что температура
воздуха была выше нуля, — -
3:44 - 3:48скажем, пять градусов по Цельсию
или 41 градус по Фаренгейту, — -
3:48 - 3:49вода замерзала.
-
3:51 - 3:55Получившийся лёд вынимали рано утром
-
3:55 - 3:58и откладывали на хранение в здание справа
-
3:58 - 3:59для использования в летние месяцы.
-
4:00 - 4:03Возможно, вы и сами
наблюдали нечто подобное, -
4:03 - 4:06если замечали, как в ясную ночь
на земле образуется иней, -
4:06 - 4:09даже если температура воздуха
намного выше нуля. -
4:09 - 4:10Но постойте.
-
4:10 - 4:14Как же вода замерзала
при температуре воздуха выше нуля? -
4:14 - 4:16Возможно, дело в испарении,
-
4:16 - 4:20но одного испарения мало,
чтобы превратить воду в лёд. -
4:20 - 4:22Должно быть, воду охладило что-то другое.
-
4:23 - 4:25Подумайте, как пирог
остывает на подоконнике. -
4:26 - 4:29Чтобы пирог остыл, его тепло
должно уходить туда, где холоднее. -
4:29 - 4:31А именно — в окружающий его воздух.
-
4:32 - 4:34В это трудно поверить,
-
4:35 - 4:40но тепло от воды из резервуара
уходит в холод космоса. -
4:42 - 4:44Как же это возможно?
-
4:44 - 4:48Как и большинство природных
материалов, вода из резервуара -
4:48 - 4:50отдаёт своё тепло в качестве света.
-
4:51 - 4:53Это явление называется
тепловым излучением. -
4:54 - 4:58Даже сейчас мы все отдаём тепло
в форме инфракрасного излучения -
4:58 - 5:00друг другу и окружающему миру.
-
5:01 - 5:03Мы можем наглядно представить этот процесс
-
5:03 - 5:06на съёмках с тепловых камер,
как на этом изображении. -
5:07 - 5:09Итак, тепло от воды из резервуара уходит
-
5:09 - 5:11вверх по атмосфере.
-
5:11 - 5:13Молекулы в атмосфере
-
5:13 - 5:16поглощают часть этого тепла
и отдают его обратно. -
5:16 - 5:20По сути, это и есть парниковый эффект,
который в ответе за глобальное потепление. -
5:20 - 5:23Но вот самое главное, что нужно понимать.
-
5:23 - 5:26Атмосфера не поглощает всё тепло,
-
5:27 - 5:30иначе на нашей планете
было бы гораздо жарче. -
5:30 - 5:31На определённых длинах волн,
-
5:32 - 5:35а именно в диапазоне
между восемью и 13 микронами, -
5:35 - 5:39наша атмосфера имеет
так называемое окно прозрачности. -
5:39 - 5:45Благодаря этому окну
часть тепла из инфракрасного света -
5:45 - 5:48фактически улетучивается,
унося с собой тепло воды из резервуара. -
5:49 - 5:53А улетучивается оно туда,
где очень, очень холодно: -
5:54 - 5:56в холод верхних слоёв атмосферы
-
5:56 - 5:57и ещё дальше, в открытый космос,
-
5:57 - 6:01где температура доходит
до -270 градусов по Цельсию -
6:01 - 6:04или -454 градусов по Фаренгейту.
-
6:05 - 6:09Получается, что наш резервуар с водой
отдаёт в небо больше тепла, -
6:09 - 6:10чем получает от неба в ответ.
-
6:10 - 6:12И именно поэтому
-
6:12 - 6:15в резервуаре более низкая температура,
чем в его окружении. -
6:16 - 6:20Этот эффект известен как ночное охлаждение
-
6:20 - 6:21или радиационное охлаждение.
-
6:21 - 6:25Климатологи и метеорологи
всегда считали его -
6:25 - 6:27очень важным природным явлением.
-
6:29 - 6:30Обо всём этом я узнал,
-
6:30 - 6:33когда заканчивал писать
диссертацию в Стэнфорде. -
6:33 - 6:37Я был поражен кажущейся
простотой этого метода охлаждения, -
6:38 - 6:39а также весьма озадачен.
-
6:39 - 6:41Почему мы этим не пользуемся?
-
6:43 - 6:46В предыдущие десятилетия учёные и инженеры
-
6:46 - 6:47исследовали эту идею.
-
6:47 - 6:50Но обнаружилась как минимум
одна большая проблема. -
6:51 - 6:54Эффект назван «ночным
охлаждением» не просто так. -
6:54 - 6:55Почему же?
-
6:55 - 6:58Всё дело в одной мелочи
под названием Солнце. -
6:58 - 7:01Чтобы поверхность могла охладиться,
-
7:01 - 7:03она должна быть под открытым небом.
-
7:03 - 7:04Но в середине дня,
-
7:04 - 7:08когда нам больше всего
хочется чего-нибудь холодного, -
7:08 - 7:11на небе, к несчастью, светит солнце.
-
7:11 - 7:13А солнце так нагревает
большинство материалов, -
7:13 - 7:15что полностью нейтрализует
охлаждающий эффект. -
7:16 - 7:18Мы с коллегами много думаем о том,
-
7:18 - 7:21как строить материалы
-
7:21 - 7:22в очень малых масштабах,
-
7:22 - 7:25чтобы находить новое
и полезное применение свету — -
7:25 - 7:28в масштабах меньше,
чем длина волны самого света. -
7:28 - 7:30С помощью открытий из науки
-
7:30 - 7:33под названием нанофотоника,
или исследование метаматериалов, -
7:33 - 7:37мы поняли, что у нас
впервые появилась возможность -
7:37 - 7:38сделать это днём.
-
7:38 - 7:41Для этого я разработал
многослойный оптический материал, -
7:41 - 7:43показанный на этом изображении
из микроскопа. -
7:43 - 7:46Он более чем в 40 раз тоньше
человеческого волоса. -
7:46 - 7:49И он может делать две вещи одновременно.
-
7:49 - 7:51Во-первых, он отдаёт своё тепло
-
7:51 - 7:55именно туда, где оно лучше всего
рассеивается в атмосфере. -
7:55 - 7:57Наша цель — окно в космос.
-
7:58 - 8:01Во-вторых, он не нагревается на солнце.
-
8:01 - 8:03Он отлично отражает солнечный свет.
-
8:04 - 8:07Впервые я протестировал
этот материал на крыше Стэнфорда, -
8:07 - 8:09которую вы видите на экране.
-
8:09 - 8:12Я оставил там устройство
на несколько минут, -
8:12 - 8:15а когда подошёл к нему,
-
8:15 - 8:18то в считанные секунды понял,
что оно работает. -
8:18 - 8:19Как?
-
8:19 - 8:20На ощупь оно было холодным.
-
8:21 - 8:26(Аплодисменты)
-
8:27 - 8:31Просто подчеркну,
насколько это странно и нелогично: -
8:31 - 8:33этот и другие подобные ему материалы
-
8:33 - 8:36остывают, если вынести их из тени,
-
8:36 - 8:38несмотря на то, что на них светит солнце.
-
8:38 - 8:41Здесь показаны результаты
самого первого эксперимента, -
8:41 - 8:43где материал оставался
на пять градусов по Цельсию -
8:43 - 8:47или на девять градусов по Фаренгейту,
холоднее температуры воздуха, -
8:47 - 8:50хотя находился под прямыми
солнечными лучами. -
8:51 - 8:54Метод изготовления этого материала,
который использовали мы, -
8:54 - 8:57на самом деле уже существует
в крупных масштабах. -
8:57 - 8:58Поэтому я очень обрадовался,
-
8:58 - 9:01ведь мы не только делаем что-то классное,
-
9:01 - 9:06но у нас появилась возможность
сделать что-то по-настоящему полезное. -
9:07 - 9:09Отсюда следует ещё один важный вопрос.
-
9:09 - 9:12Как эта идея помогает
экономить электроэнергию? -
9:12 - 9:15Мы считаем, что наша технология напрямую
помогает сэкономить электроэнергию, -
9:15 - 9:17повысив производительность
-
9:17 - 9:20нынешних кондиционеров
и холодильных систем. -
9:21 - 9:23Для этого мы сделали
панели жидкостного охлаждения, -
9:23 - 9:24как те, что показаны здесь.
-
9:24 - 9:27По форме эти панели похожи
на солнечные нагреватели, -
9:27 - 9:30но их функция противоположна —
они пассивно охлаждают воду -
9:30 - 9:32с помощью нашего специального материала.
-
9:33 - 9:35Затем в эти панели
можно встроить конденсатор, -
9:35 - 9:38который есть почти в каждой
системе охлаждения, -
9:38 - 9:41чтобы улучшить
её общую производительность. -
9:41 - 9:43Наш стартап, SkyCool Systems,
-
9:43 - 9:47недавно закончил полевые испытания
в Дэвисе, Калифорния, что показано здесь. -
9:48 - 9:49В этой демонстрации
-
9:49 - 9:52мы показали, что можем
улучшить производительность -
9:52 - 9:55этой системы охлаждения в поле
на целых 12 процентов. -
9:55 - 9:57В следующие год–два
-
9:57 - 10:01мне не терпится увидеть
наш первый выход на массовый рынок -
10:01 - 10:04в области и кондиционеров,
и холодильной техники. -
10:04 - 10:08Возможно, в будущем
мы сможем встраивать такие панели -
10:08 - 10:11в более мощные системы охлаждения,
-
10:11 - 10:14тем самым снизив расход
электроэнергии на две трети. -
10:14 - 10:18И, быть может, мы дойдём до того,
что изобретём систему охлаждения, -
10:18 - 10:20для работы которой
вообще не потребуется электричество. -
10:21 - 10:22В качестве первого шага к этому
-
10:23 - 10:24мы с коллегами в Стэнфорде
-
10:24 - 10:26продемонстрировали,
что с лучшей техникой -
10:26 - 10:31можно поддерживать температуру,
более чем на 42 градуса по Цельсию -
10:31 - 10:32ниже температуры воздуха.
-
10:33 - 10:34Спасибо.
-
10:34 - 10:38(Аплодисменты)
-
10:39 - 10:40Только представьте —
-
10:40 - 10:44что-то очень холодное
в жаркий летний день. -
10:46 - 10:50И хотя я очень рад тому,
чего мы можем добиться в охлаждении, — -
10:50 - 10:54и, я думаю, нам ещё многое
предстоит сделать, — -
10:54 - 10:57как учёного, меня привлекает
более глубокая возможность, -
10:57 - 10:59которая отражается в этой работе.
-
11:00 - 11:03Мы можем использовать
холодную тьму космоса, -
11:03 - 11:05чтобы повысить эффективность
-
11:05 - 11:08всего на Земле,
что связано с электроэнергией. -
11:09 - 11:13В частности, я бы хотел поговорить
о солнечных батареях. -
11:13 - 11:14Они нагреваются на солнце,
-
11:14 - 11:17и чем горячее становятся,
тем менее эффективны. -
11:17 - 11:21В 2015 году мы показали,
как определённые виды микроструктур -
11:21 - 11:23поверх солнечной батареи
-
11:23 - 11:26помогают нам лучше использовать
охлаждающий эффект -
11:26 - 11:29и пассивно поддерживать более низкую
температуру солнечной батареи. -
11:30 - 11:32Это обеспечивает более
эффективную работу батареи. -
11:33 - 11:36Мы продолжаем изучать такие возможности.
-
11:36 - 11:39Мы задумываемся об использовании
космического холода -
11:39 - 11:41для экономии водных ресурсов.
-
11:41 - 11:44Или в работе автономных
систем электроснабжения. -
11:44 - 11:48Возможно, с этим холодом мы даже сможем
напрямую создавать электроэнергию. -
11:49 - 11:51Существует огромная разница
в температурах между нами на Земле -
11:51 - 11:53и в холодном космосе.
-
11:53 - 11:55Эту разницу, по крайней мере в теории,
-
11:55 - 11:58можно использовать в работе
теплового двигателя, -
11:58 - 11:59чтобы производить электричество.
-
12:00 - 12:03Тогда возможно ли
изобрести ночное устройство, -
12:03 - 12:06которое производило бы
достаточно электроэнергии, -
12:06 - 12:08когда солнечные батареи не работают?
-
12:08 - 12:10Возможно ли производить свет из тьмы?
-
12:12 - 12:16В сердце этой способности —
возможность управлять -
12:16 - 12:19тепловым излучением вокруг нас.
-
12:19 - 12:22Мы постоянно окутаны инфракрасным светом;
-
12:23 - 12:25подчинив его своей воле,
-
12:25 - 12:28мы бы коренным образом
изменили потоки тепла и энергии, -
12:28 - 12:31которые ежедневно пронизывают наш мир.
-
12:31 - 12:35Вместе с холодной тьмой космоса
такая способность -
12:35 - 12:38указывает на будущее, где наша цивилизация
-
12:38 - 12:43может более разумно управлять
своим следом тепловой энергии -
12:43 - 12:45в самых крупных масштабах.
-
12:46 - 12:48Я думаю, что в борьбе с изменением климата
-
12:48 - 12:51такая способность в нашем арсенале
-
12:51 - 12:53окажется жизненно необходимой.
-
12:53 - 12:57Итак, когда вы в следующий раз
будете гулять по улице, -
12:57 - 13:03конечно, восхищайтесь важностью солнца
для самой жизни на земле, -
13:03 - 13:08но не забывайте, что и остальному небу
есть что нам предложить. -
13:09 - 13:10Спасибо.
-
13:10 - 13:14(Аплодисменты)
- Title:
- Как превратить холод космоса в возобновляемый ресурс
- Speaker:
- Аасват Раман
- Description:
-
Что, если мы сможем охлаждать здания на Земле с помощью холодной тьмы космоса? В этом потрясающем выступлении физик Аасват Раман описывает свою экспериментальную технологию, где используется «ночное охлаждение» — естественное явление, когда инфракрасный свет улетучивается из Земли в космос, унося тепло вместе с собой, — что может значительно уменьшить использование электроэнергии нашими системами охлаждения. Узнайте больше о том, как эта методика приведёт нас в будущее, где мы будем разумно использовать энергию Вселенной.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:30
Natalia Ost approved Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Natalia Ost accepted Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Natalia Ost edited Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Polina Nikitina edited Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Polina Nikitina edited Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Polina Nikitina edited Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Polina Nikitina edited Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | ||
Polina Nikitina edited Russian subtitles for How we can turn the cold of outer space into a renewable resource |