How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | Aaswath Raman

Traductor: Ciro Gomez Revisor: Lidia Cámara de la Fuente

Every summer when I was growing up,

Cada verano cuando era niño,

I would fly from my home in Canada to visit my grandparents,

volaba desde mi casa en Canadá para visitar a mis abuelos,

who lived in Mumbai, India.

quienes vivían en Mumbai, India.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

Los veranos canadienses son bastante leves como mucho...

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

unos 22 º C o 72 º Fahrenheit

is a typical summer's day, and not too hot.

es un típico día de verano, y no demasiado caliente.

Mumbai, on the other hand, is a hot and humid place

Mumbai, por otro lado, es un lugar cálido y húmedo

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

bien en los 30 º C o 90 º Fahrenheit.

As soon as I'd reach it, I'd ask,

Tan pronto llegaba, preguntaba,

"How could anyone live, work or sleep in such weather?"

"¿Cómo podría alguien vivir, trabajar o dormir con ese clima?".

To make things worse, my grandparents didn't have an air conditioner.

Para empeorar las cosas, mis abuelos no tenían aire acondicionado.

And while I tried my very, very best,

Y aunque lo intenté mucho, mucho,

I was never able to persuade them to get one.

nunca logré persuadirlos para tener uno.

But this is changing, and fast.

Pero esto está cambiando, y rápido.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

Actualmente, los sistemas de refrigeración representan colectivamente el 17 %

of the electricity we use worldwide.

de la electricidad que usamos en todo el mundo.

This includes everything from the air conditioners

Incluye todo, desde los aires acondicionados

como el que deseaba desesperadamente durante mis vacaciones de verano,

I so desperately wanted during my summer vacations,

to the refrigeration systems that keep our food safe and cold for us

a sistemas de refrigeración que mantienen nuestra comida segura y fría

in our supermarkets,

en nuestros supermercados,

to the industrial scale systems that keep our data centers operational.

a sistemas industriales que mantienen operativos nuestros centros de datos.

Collectively, these systems account for eight percent

En conjunto, estos sistemas representan el 8 %

de las emisiones globales de gases de efecto invernadero.

of global greenhouse gas emissions.

But what keeps me up at night

Pero lo que me despierta en la noche

is that our energy use for cooling might grow sixfold by the year 2050,

es que la energía para la refrigeración podría multiplicarse por 6 para el 2050,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

impulsado principalmente por el aumento del uso en países asiáticos y africanos.

I've seen this firsthand.

Lo he visto de primera mano.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Casi todos los apartamentos en y alrededor de la casa de mi abuela

now has an air conditioner.

ahora tiene un acondicionador de aire.

And that is, emphatically, a good thing

Y eso es, enfáticamente, algo bueno

for the health, well-being and productivity

para la salud, el bienestar y la productividad

of people living in warmer climates.

de personas que viven en climas más cálidos.

However, one of the most alarming things about climate change

Sin embargo, una de las cosas más alarmantes sobre el cambio climático

is that the warmer our planet gets,

es que cuanto más cálido se pone nuestro planeta,

the more we're going to need cooling systems --

más necesitemos sistemas de enfriamiento,

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

sistemas que son en sí mismos grandes emisores de gases de efecto invernadero.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Esto podría causar un ciclo de retroalimentación,

where cooling systems alone

en el que los sistemas de enfriamiento

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

podrían convertirse en una de nuestras mayores fuentes

de gases de efecto invernadero a futuro.

later this century.

In the worst case,

En el peor caso, es posible que

we might need more than 10 trillion kilowatt-hours of electricity every year,

necesitemos más de 10 billones de kilovatios-hora de electricidad/año,

just for cooling, by the year 2100.

solo para enfriamiento, para el año 2100.

That's half our electricity supply today.

Eso es la mitad de nuestro suministro de electricidad hoy.

Just for cooling.

Solo para enfriamiento.

But this also point us to an amazing opportunity.

Pero esto también nos señala una oportunidad increíble.

A 10 or 20 percent improvement in the efficiency of every cooling system

Una mejora del 10 o 20 % en eficiencia de cada sistema de enfriamiento

podría tener un impacto enorme en las emisiones de gases de efecto invernadero,

could actually have an enormous impact on our greenhouse gas emissions,

both today and later this century.

tanto ya como más tarde este siglo.

And it could help us avert that worst-case feedback loop.

Y podría ayudarnos a evitar ese ciclo de retroalimentación en el peor de los casos.

I'm a scientist who thinks a lot about light and heat.

Soy un científico que piensa mucho en la luz y el calor.

In particular, how new materials allow us to alter the flow

En particular, cómo los nuevos materiales nos permiten alterar el flujo

of these basic elements of nature

de estos elementos básicos de la naturaleza

in ways we might have once thought impossible.

de una forma que alguna vez podríamos haber pensado imposible.

So, while I always understood the value of cooling

Aunque siempre entendí el valor de la refrigeración

during my summer vacations,

durante mis vacaciones de verano,

I actually wound up working on this problem

de hecho, terminé trabajando en este problema

because of an intellectual puzzle that I came across about six years ago.

debido a un acertijo intelectual que encontré hace unos seis años.

How were ancient peoples able to make ice in desert climates?

¿Cómo pudieron los pueblos antiguos hacer hielo en climas desérticos?

This is a picture of an ice house,

Esta es una imagen de una casa de hielo,

also called a Yakhchal, located in the southwest of Iran.

también llamada Yakhchal, ubicada en el suroeste de Irán.

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

Hay ruinas de docenas de tales estructuras en todo Irán,

with evidence of similar such buildings throughout the rest of the Middle East

con evidencia de edificios similares en todo el resto del Medio Oriente

and all the way to China.

y todo el camino a China.

The people who operated this ice house many centuries ago,

Las personas que operaron esta casa de hielo hace muchos siglos,

would pour water in the pool you see on the left

vertían agua en el estanque que ven a la izquierda

in the early evening hours, as the sun set.

en las primeras horas de la tarde, cuando se pone el sol.

And then something amazing happened.

Y luego sucedía algo asombroso.

Even though the air temperature might be above freezing,

Aunque la temperatura del aire estuviera sobre del punto de congelación,

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

es decir 5 º C o 41 º Fahrenheit,

the water would freeze.

el agua se congelaba.

The ice generated would then be collected in the early morning hours

El hielo generado se recolectaba a primera hora de la mañana

and stored for use in the building you see on the right,

y se almacenaba para su uso en el edificio que ven a la derecha,

all the way through the summer months.

todos los meses de verano.

You've actually likely seen something very similar at play

Probablemente hayan visto algo muy similar actuando

if you've ever noticed frost form on the ground on a clear night,

si han notado que se forma escarcha en una noche clara,

incluso si la temperatura está muy por encima del punto de congelación.

even when the air temperature is well above freezing.

But wait.

Pero esperen.

How did the water freeze if the air temperature is above freezing?

¿Cómo se congela el agua si la temperatura está sobre el punto de congelación?

Evaporation could have played an effect,

La evaporación podría tener un efecto,

but that's not enough to actually cause the water to become ice.

pero no es suficiente para hacer que el agua se convierta en hielo.

Something else must have cooled it down.

Algo más debe haberla enfriado.

Think about a pie cooling on a window sill.

Piensen en un pastel enfriándose en una ventana.

For it to be able to cool down, its heat needs to flow somewhere cooler.

Para que se enfríe, su calor necesita fluir a algún lugar más fresco.

Namely, the air that surrounds it.

Es decir, al aire que lo rodea.

As implausible as it may sound,

Por inverosímil que parezca,

for that pool of water, its heat is actually flowing to the cold of space.

en ese estanque, su calor está fluyendo al frío del espacio.

How is this possible?

¿Cómo es esto posible?

Well, that pool of water, like most natural materials,

Ese estanque, como la mayoría de los materiales naturales,

sends out its heat as light.

envía su calor como luz.

This is a concept known as thermal radiation.

Este es un concepto conocido como radiación térmica.

In fact, we're all sending out our heat as infrared light right now,

De hecho, todos estamos enviando nuestro calor como luz infrarroja en este momento,

to each other and our surroundings.

el uno al otro y nuestro entorno.

We can actually visualize this with thermal cameras

Podemos visualizar esto con cámaras térmicas

and the images they produce, like the ones I'm showing you right now.

y las imágenes que producen, como las que les muestro ahora.

So that pool of water is sending out its heat

Entonces ese estanque está enviando su calor

upward towards the atmosphere.

hacia arriba hacia la atmósfera.

The atmosphere and the molecules in it

La atmósfera y las moléculas en ella

absorb some of that heat and send it back.

absorben algo de ese calor y lo devuelven.

That's actually the greenhouse effect that's responsible for climate change.

Ese es realmente el efecto invernadero que es responsable del cambio climático.

But here's the critical thing to understand.

Pero aquí está lo crítico para comprender.

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

Nuestra atmósfera no absorbe todo ese calor.

If it did, we'd be on a much warmer planet.

Si lo hiciera, estaríamos en un planeta mucho más cálido.

At certain wavelengths,

En ciertas longitudes de onda,

in particular between eight and 13 microns,

en particular entre 8 y 13 micras,

our atmosphere has what's known as a transmission window.

nuestra atmósfera tiene lo que se conoce como una ventana de transmisión.

This window allows some of the heat that goes up as infrared light

Esta ventana permite que parte del calor que sube como luz infrarroja

to effectively escape, carrying away that pool's heat.

escape de manera efectiva, eliminando el calor de ese estanque.

And it can escape to a place that is much, much colder.

Y puede escapar a un lugar que es mucho, mucho más frío.

The cold of this upper atmosphere

El frío de esta atmósfera superior

and all the way out to outer space,

y todo el camino al espacio exterior,

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

que puede ser tan frío como -270 º C,

or minus 454 degrees Fahrenheit.

o -454 º Fahrenheit.

So that pool of water is able to send out more heat to the sky

Así, este estanque pueda enviar más calor al cielo

than the sky sends back to it.

de lo que el cielo le devuelve.

And because of that,

A causa de eso,

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

el estanque se enfriará por debajo de la temperatura de su entorno.

This is an effect known as night-sky cooling

Este es un efecto conocido como enfriamiento nocturno

or radiative cooling.

o enfriamiento radiativo.

And it's always been understood by climate scientists and meteorologists

Y siempre ha sido entendido por los climatólogos y los meteorólogos

as a very important natural phenomenon.

como un fenómeno natural muy importante.

When I came across all of this,

Cuando me encontré con esto,

it was towards the end of my PhD at Stanford.

hacia el final de mi doctorado en Stanford,

And I was amazed by its apparent simplicity as a cooling method,

me sorprendió su aparente simplicidad como método de enfriamiento;

yet really puzzled.

realmente me desconcertó.

Why aren't we making use of this?

¿Por qué no estamos haciendo uso de esto?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Científicos e ingenieros habían investigado esta idea

in previous decades.

décadas anteriores,

But there turned out to be at least one big problem.

pero resultó haber al menos un gran problema.

It was called night-sky cooling for a reason.

Se llamaba enfriamiento nocturno por una razón.

Why?

¿Por qué?

Well, it's a little thing called the sun.

Bueno, es algo pequeño llamado "sol".

So, for the surface that's doing the cooling,

Para que la superficie que se enfríe,

it needs to be able to face the sky.

necesita poder mirar al cielo

And during the middle of the day,

Y durante la mitad del día,

when we might want something cold the most,

es cuando es posible que más deseemos algo frío,

unfortunately, that means you're going to look up to the sun.

desafortunadamente, eso significa que mirarás al sol.

And the sun heats most materials up

Y el sol calienta la mayoría de materiales

enough to completely counteract this cooling effect.

lo suficiente para contrarrestar por completo este efecto de enfriamiento.

My colleagues and I spend a lot of our time

Mis colegas y yo pasamos mucho tiempo

thinking about how we can structure materials

pensando en cómo estructurar materiales

at very small length scales

en escalas de longitud muy pequeña

de modo que puedan hacer cosas nuevas y útiles con la luz...

such that they can do new and useful things with light --

escalas de longitud más pequeñas que la longitud de onda de la luz.

length scales smaller than the wavelength of light itself.

Using insights from this field,

Usando ideas de este campo,

known as nanophotonics or metamaterials research,

conocida como investigación de nanofotónica o metamateriales,

nos dimos cuenta de que podría haber una manera

we realized that there might be a way to make this possible during the day

de hacer esto posible durante el día por primera vez.

for the first time.

To do this, I designed a multilayer optical material

Para hacer esto, diseñé un material óptico multicapa

shown here in a microscope image.

que les muestro aquí en una imagen de microscopio.

It's more than 40 times thinner than a typical human hair.

Es más de 40 veces más delgado que un cabello humano típico.

And it's able to do two things simultaneously.

Y es capaz de hacer dos cosas al mismo tiempo.

First, it sends its heat out

Primero, envía su calor

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

precisamente donde nuestra atmósfera permite escapar el calor mejor.

We targeted the window to space.

Orientamos la ventana al espacio.

The second thing it does is it avoids getting heated up by the sun.

Lo segundo que hace es evitar que el sol lo caliente.

It's a very good mirror to sunlight.

Es un muy buen espejo para la luz del sol.

The first time I tested this was on a rooftop in Stanford

La primera vez que la probé fue en la azotea en Stanford

that I'm showing you right here.

que les estoy mostrando aquí.

I left the device out for a little while,

Dejé el dispositivo un tiempo,

and I walked up to it after a few minutes,

y caminé hacia él después de unos minutos,

and within seconds, I knew it was working.

y en segundos, supe que estaba funcionando.

How?

¿Cómo?

I touched it, and it felt cold.

Lo toqué y se sintió frío.

(Applause)

(Aplausos)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Solo para enfatizar cuán raro y contradictorio es esto:

this material and others like it

este material y otros similares

will get colder when we take them out of the shade,

se enfriarán cuando los saquemos de la sombra,

even though the sun is shining on it.

a pesar de que el sol brille sobre él.

I'm showing you data here from our very first experiment,

Les muestro datos aquí de nuestro primer experimento,

where that material stayed more than five degrees Celsius,

en que ese material se mantuvo más de 5 º C,

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

o 9 º Fahrenheit, más frío que la temperatura del aire,

even though the sun was shining directly on it.

a pesar de que el sol brillaba directamente sobre él.

The manufacturing method we used to actually make this material

El método de fabricación que usamos para hacer este material

already exists at large volume scales.

ya existe a grandes escalas de volumen.

So I was really excited,

Estaba muy emocionado,

because not only do we make something cool,

porque no solo hacemos algo genial,

but we might actually have the opportunity to do something real and make it useful.

sino que podríamos tener la oportunidad de hacer algo real y hacerlo útil.

That brings me to the next big question.

Eso me lleva a la siguiente gran pregunta.

How do you actually save energy with this idea?

¿Cómo se ahorra energía con esta idea?

Well, we believe the most direct way to save energy with this technology

Creemos que la forma más directa de ahorrar energía con esta tecnología

is as an efficiency boost

es como un impulso de eficiencia

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

a los sistemas actuales de aire acondicionado y refrigeración.

To do this, we've built fluid cooling panels,

Para hacerlo, construimos paneles de enfriamiento,

like the ones shown right here.

como los que se muestran aquí.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Tienen una forma similar a calentadores de agua solares,

except they do the opposite -- they cool the water, passively,

excepto que hacen lo contrario: enfrían el agua, pasivamente,

using our specialized material.

usando nuestro material especializado.

These panels can then be integrated with a component

Estos paneles pueden integrarse con un componente

almost every cooling system has, called a condenser,

de casi todos los sistemas de enfriamiento, llamado condensador,

to improve the system's underlying efficiency.

para mejorar la eficiencia subyacente del sistema.

Our start-up, SkyCool Systems,

Nuestro emprendimiento, SkyCool Systems,

has recently completed a field trial in Davis, California, shown right here.

completó recientemente una prueba de campo en Davis, California, que muestro.

In that demonstration,

En esa demostración,

we showed that we could actually improve the efficiency

mostramos que en realidad podríamos mejorar la eficiencia

of that cooling system as much as 12 percent in the field.

de ese sistema de enfriamiento hasta un 12 % en campo.

Over the next year or two,

Para el próximo año o dos,

I'm super excited to see this go to its first commercial-scale pilots

estoy muy emocionado de que esto tenga sus primeros pilotos a escala comercial

in both the air conditioning and refrigeration space.

tanto en el espacio de aire acondicionado como en el de refrigeración.

In the future, we might be able to integrate these kinds of panels

En el futuro, podríamos ser capaces de integrar este tipo de paneles

with higher efficiency building cooling systems

con sistemas de enfriamiento de edificios de mayor eficiencia

to reduce their energy usage by two-thirds.

para reducir su consumo de energía en dos tercios.

And eventually, we might actually be able to build a cooling system

Y eventualmente, podríamos construir un sistema de enfriamiento

that requires no electricity input at all.

que no requiriera consumo de electricidad en absoluto.

As a first step towards that,

Como primer paso hacia eso,

my colleagues at Stanford and I

mis colegas en Stanford y yo

have shown that you could actually maintain

hemos demostrado que se podría mantener

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

algo más de 42 º C por debajo de la temperatura del aire

with better engineering.

con mejor ingeniería.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)

So just imagine that --

Imaginen eso...

something that is below freezing on a hot summer's day.

algo que está bajo cero en un caluroso día de verano.

So, while I'm very excited about all we can do for cooling,

Aunque estoy muy entusiasmado con todo lo que podemos hacer para refrescarnos,

and I think there's a lot yet to be done,

y creo que aún queda mucho por hacer,

as a scientist, I'm also drawn to a more profound opportunity

como científico, también me atrae una oportunidad más profunda

that I believe this work highlights.

que creo que este trabajo destaca.

We can use the cold darkness of space

Podemos usar la fría oscuridad del espacio

to improve the efficiency

para mejorar la eficiencia

of every energy-related process here on earth.

de cada proceso relacionado con la energía aquí en la Tierra.

One such process I'd like to highlight are solar cells.

Uno de esos procesos que me gustaría destacar son las células solares.

They heat up under the sun

Se calientan bajo el sol

and become less efficient the hotter they are.

y se vuelven menos eficientes cuanto más calientes están.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

En 2015 demostramos que con clases deliberadas de microestructuras

on top of a solar cell,

encima de una célula solar,

we could take better advantage of this cooling effect

podríamos aprovechar mejor este efecto de enfriamiento

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

para mantener una célula solar pasivamente a una temperatura más baja.

This allows the cell to operate more efficiently.

Esto permite que la célula funcione de manera más eficiente.

We're probing these kinds of opportunities further.

Estamos investigando aún más este tipo de oportunidades.

We're asking whether we can use the cold of space

Nos preguntamos si podemos usar el frío del espacio

to help us with water conservation.

para ayudarnos con la conservación del agua.

Or perhaps with off-grid scenarios.

O tal vez con escenarios fuera de la caja.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Quizás podríamos generar energía directamente con este frío.

There's a large temperature difference between us here on earth

Hay una gran diferencia de temperatura entre nosotros en la Tierra

and the cold of space.

y el frío del espacio.

That difference, at least conceptually,

Esa diferencia, al menos conceptualmente,

could be used to drive something called a heat engine

podría usarse para mover algo llamado un motor de calor

to generate electricity.

para generar electricidad.

Could we then make a nighttime power-generation device

¿Podríamos hacer un dispositivo de generación de energía nocturno

that generates useful amounts of electricity

que generara cantidades útiles de electricidad

when solar cells don't work?

cuando las celdas solares no funcionan?

Could we generate light from darkness?

¿Podríamos generar luz desde la oscuridad?

Central to this ability is being able to manage

Es fundamental para esta capacidad poder administrar

the thermal radiation that's all around us.

la radiación térmica que está a nuestro alrededor.

We're constantly bathed in infrared light;

Estamos constantemente bañados en luz infrarroja;

if we could bend it to our will,

si pudiéramos someterla a nuestra voluntad,

podríamos cambiar profundamente los flujos de calor y energía

we could profoundly change the flows of heat and energy

that permeate around us every single day.

que impregnan nuestro entorno todos los días.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Esta habilidad, junto con la fría oscuridad del espacio,

points us to a future where we, as a civilization,

nos señala un futuro en el que nosotros, como civilización,

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

podríamos administrar nuestra huella de energía térmica de más inteligentemente

at the very largest scales.

en las escalas más grandes.

As we confront climate change,

Para enfrentar el cambio climático,

creo que esta habilidad en nuestro kit de herramientas

I believe having this ability in our toolkit

will prove to be essential.

demostrará ser esencial.

So, the next time you're walking around outside,

Entonces, la próxima vez que estén caminando afuera,

yes, do marvel at how the sun is essential to life on earth itself,

sí, maravíllense de cómo el sol es esencial para la vida misma en la Tierra,

but don't forget that the rest of the sky has something to offer us as well.

pero no olviden que el resto del cielo también tiene algo que ofrecernos.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)