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

Fordító: Péter Pallós Lektor: Reka Lorinczy

Every summer when I was growing up,

Siheder koromban nyaranta

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

Kanadából haza-hazalátogattam

az indiai Mumbaiban élő nagyszüleimhez.

who lived in Mumbai, India.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

A kanadai nyarak elég kellemesen enyhék,

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

a hőmérséklet kb. 22 °C

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

nyáron napközben; nem túl meleg.

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

Viszont Mumbai forró és nedves hely,

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

jócskán 30 °C feletti hőmérsékletű.

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

Odaérve mindig megkérdeztem:

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

"Hogy képes bárki élni, dolgozni vagy aludni ilyen időben?"

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

Ráadásul nagyszüleimnek nem volt légkondicionálójuk.

And while I tried my very, very best,

Noha mindent bevetettem,

I was never able to persuade them to get one.

képtelen voltam meggyőzni őket, hogy szerezzenek be egyet.

But this is changing, and fast.

De a dolgok gyorsan változnak.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

A világon fölhasznált villamos áram 17 százalékát jelenleg

of the electricity we use worldwide.

hűtőrendszerekre fordítjuk.

This includes everything from the air conditioners

Ez mindent felölel: a légkonditól kezdve,

I so desperately wanted during my summer vacations,

amelyre oly iszonyúan vágytam nyári szünidőim idején,

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

a szupermarketekben élelmünket

biztosan hidegen tartó hűtőrendszerekig,

in our supermarkets,

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

az adatközpontokat működőképesen tartó ipari léptékű rendszerekig.

Collectively, these systems account for eight percent

E rendszerek összességükben

a világon az üvegházhatású gázok kibocsátásának 8%-át adják.

of global greenhouse gas emissions.

But what keeps me up at night

Azért forgolódom éjszakánként álmatlanul,

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

mert a hűtésre fordított energia 2050-re a hatszorosára nőhet,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

amelyet elsősorban az ázsiai és afrikai országok fokozott fölhasználása okoz.

I've seen this firsthand.

Saját szememmel láttam.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Nagyszüleimnél és környékükön

now has an air conditioner.

majdnem minden lakásban van légkondi.

And that is, emphatically, a good thing

Ez határozottan jó dolog

for the health, well-being and productivity

a meleg klímában élők egészsége, jó közérzete

of people living in warmer climates.

és termelékenysége szempontjából.

However, one of the most alarming things about climate change

De a klímaváltozás szempontjából a legriasztóbb következmény,

is that the warmer our planet gets,

hogy minél jobban melegszik bolygónk,

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

annál inkább szükségünk lesz hűtőrendszerekre,

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

amelyek maguk is rengeteg üvegházhatású gázt bocsátanak ki.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Ez esetleg visszacsatolási hurkot okoz,

where cooling systems alone

ahol pusztán a hűtőrendszerek válhatnak

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

az üvegházhatású gázok legnagyobb forrásává

later this century.

e század folyamán.

In the worst case,

A legrosszabb esetben évente esetleg

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

több mint 10 billió kWh villamos energiára lesz szükség,

just for cooling, by the year 2100.

csak hűtésre 2100-ig.

That's half our electricity supply today.

Ez mai villamosenergia- fölhasználásunk fele.

Just for cooling.

Csakis hűtésre.

But this also point us to an amazing opportunity.

De ez elképesztő lehetőségre is rámutat.

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

A hűtőrendszerek hatékonyságának 10-20%-os javítása

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

ma és századunkban óriási hatással lehet

both today and later this century.

az üvegházhatású gázok kibocsátására.

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

Ez pedig megelőzheti a legrosszabb visszacsatolási hurok kialakulását.

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

Tudósként sokat töprengek a fényről és a hőről.

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

Nevezetesen: új anyagok miként teszik lehetővé

e természeti elemek áramlásának megváltoztatását

of these basic elements of nature

in ways we might have once thought impossible.

eddig elképzelhetetlennek tartott módon.

So, while I always understood the value of cooling

Noha mindig is értettem

during my summer vacations,

a szünidőim alatti hűtés jelentőségét,

I actually wound up working on this problem

valójában egy hat évvel ezelőtti intellektuális rejtély ösztökélt,

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

hogy e problémán dolgozzam.

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

Hogy sikerült az ősi népeknek jeget csinálniuk sivatagi körülmények között?

This is a picture of an ice house,

A kép jégvermet, azaz jakcsált ábrázol,

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

amely Irán délnyugati részén található.

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

Iránban ilyenek romjai tucatjával vannak,

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

akárcsak hasonló építményekéi a Közel-Kelet többi részén,

and all the way to China.

egészen Kínáig terjedően.

The people who operated this ice house many centuries ago,

A több száz évvel ezelőtt a jégvermekkel foglalkozók

would pour water in the pool you see on the left

vizet öntöttek a balra látható medencébe

in the early evening hours, as the sun set.

napnyugta után a kora esti órákban.

And then something amazing happened.

Majd valami elképesztő történt.

Even though the air temperature might be above freezing,

Bár a levegő hőmérséklete meghaladta a fagypontot,

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

mondjuk, az 5 °C-ot,

the water would freeze.

a víz mindig megfagyott.

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

A képződött jeget hajnalban begyűjtötték,

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

és a jobbra látható építményben tárolták

all the way through the summer months.

egész nyáron.

You've actually likely seen something very similar at play

Talán láttak már hasonlót,

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

ha megfigyeltek derült éjszaka talajon képződő zúzmarát,

even when the air temperature is well above freezing.

még ha a hőmérséklet jóval fagypont fölötti volt is.

But wait.

Pillanat.

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

Hogy fagyott meg a víz fagypont fölötti hőmérsékleten?

Evaporation could have played an effect,

Játszhatott szerepet a párolgás,

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

de az kevés a víz jéggé alakulásához.

Something else must have cooled it down.

Valami más hűthette le.

Think about a pie cooling on a window sill.

Gondoljunk az ablakpárkányon hűlő süteményre.

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

Hogy lehűljön, a hőnek hűvösebb helyre kell távoznia.

Namely, the air that surrounds it.

Nevezetesen: a környező levegőbe.

As implausible as it may sound,

Bármi hihetetlennek hangozzék is,

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

a medence vizének hője a hideg világűrbe távozik.

How is this possible?

Hogy lehetséges ez?

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

A vízmedence – akár a többi természetes anyag –

sends out its heat as light.

hőjét fény alakjában sugározza ki.

This is a concept known as thermal radiation.

Ez a hősugárzás fogalma.

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

Mindannyian most is infravörös fény alakjában sugározzuk ki hőnket

to each other and our surroundings.

egymás felé és a környezetünkbe.

We can actually visualize this with thermal cameras

Hőkamerákkal ez láthatóvá is tehető,

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

és a keletkezett képek ilyesfélék, amiket itt mutatok.

So that pool of water is sending out its heat

Tehát a vízmedence

upward towards the atmosphere.

a légkörbe sugározza a hőjét.

The atmosphere and the molecules in it

A légkör és a benne lévő molekulák

absorb some of that heat and send it back.

a hő egy részét elnyelik és visszasugározzák.

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

Az oka a klímaváltozást eredményező üvegházhatás.

But here's the critical thing to understand.

De egy lényeges dolgot meg kell értenünk.

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

Nem az összes hőt nyeli el légkörünk.

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

Ha így lenne, jóval melegebb bolygón élnénk.

At certain wavelengths,

Bizonyos hullámhosszon,

in particular between eight and 13 microns,

konkrétan a 8–13 mikronos sávban van

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

légkörünk ún. átviteli ablaka.

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

Az ablakon keresztül hatékonyan szökik el

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

az infravörös fény alakjában terjedő hő a medencéből.

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

Sokkal-sokkal hidegebb helyre szökhet el.

The cold of this upper atmosphere

A hideg felső légkörbe

and all the way out to outer space,

és a messzi világűrbe,

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

amelynek hőmérséklete

elérheti a –270 °C-ot.

or minus 454 degrees Fahrenheit.

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

A vízmedence több hőt sugároz az atmoszférába,

than the sky sends back to it.

mint viszont.

And because of that,

Emiatt hűl le a medence

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

a környezőnél alacsonyabb hőmérsékletre.

This is an effect known as night-sky cooling

Ez az éjszakai lehűlés,

avagy a sugárzó lehűlés hatása.

or radiative cooling.

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

Klímakutatók és meteorológusok

as a very important natural phenomenon.

ezt mindig igen fontos természeti jelenségnek tartották.

When I came across all of this,

Akkor találkoztam a jelenséggel,

it was towards the end of my PhD at Stanford.

amikor a Stanfordon a doktorim vége felé jártam.

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

Elképedtem, mennyire nyilvánvalóan egyszerű hűtési módszer,

yet really puzzled.

de mégis tanácstalan voltam.

Why aren't we making use of this?

Miért nem alkalmazzuk?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Kutatók és mérnökök megvizsgálták az elvet

in previous decades.

az elmúlt évtizedekben.

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

De legalább egy nagy hátulütő kiderült.

It was called night-sky cooling for a reason.

Nem véletlenül éjszakai lehűlés a neve.

Why?

Miért?

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

Egy picinyke dolog, a Nap miatt.

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

A hűtőfelületnek

az ég felé fordíthatónak kell lennie.

it needs to be able to face the sky.

And during the middle of the day,

Délben pedig,

when we might want something cold the most,

amikor a legjobban vágyunk valami hidegre,

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

sajnos, a Napba kell néznünk.

And the sun heats most materials up

A Nap az anyagok zömét eléggé fölmelegíti,

enough to completely counteract this cooling effect.

hogy teljesen ellensúlyozza a hűtőhatást.

My colleagues and I spend a lot of our time

Munkatársaimmal sok időt töltöttem azzal,

thinking about how we can structure materials

hogy rájöjjünk, miként alakítsuk úgy

at very small length scales

nagyon kis hullámhosszon az anyagszerkezetet,

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

hogy új és hasznos dolgot műveljen a fénnyel –

length scales smaller than the wavelength of light itself.

a hullámhossztartomány szűkebb, mint magáé a fényé.

Using insights from this field,

A nanooptikai vagy metaanyagok kutatása

known as nanophotonics or metamaterials research,

néven ismert terület ismeretében

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

mi jöttünk rá először, hogy létezik módszer,

amellyel ez napközben megvalósítható.

for the first time.

To do this, I designed a multilayer optical material

Ehhez több rétegű optikai anyagot terveztünk,

shown here in a microscope image.

amely mikroszkopikus képe itt látható.

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

Az emberi hajszálnál több mint 40-szer vékonyabb.

And it's able to do two things simultaneously.

Egy időben két dologra képes.

First, it sends its heat out

Először: a hőt pont ott engedi át,

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

ahol a légkör a hőt a legjobban engedi át.

We targeted the window to space.

A világűrbe vezető ablakot vettük célba.

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

A másik: nem melegszik föl a napfénytől.

It's a very good mirror to sunlight.

Nagyon jól visszatükrözi a napfényt.

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

Stanfordi háztetőn teszteltem először.

that I'm showing you right here.

Itt mutatom.

I left the device out for a little while,

Egy kis időre kinn hagytam a készüléket,

and I walked up to it after a few minutes,

pár perc múlva visszamentem,

and within seconds, I knew it was working.

és rögtön láttam, hogy működik.

How?

Hogyan?

I touched it, and it felt cold.

Megérintettem és hidegnek éreztem.

(Applause)

(Taps)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Csak érzékeltetésül, mennyire fura és a józan észnek ellentmondó ez:

this material and others like it

ez az anyag és a hozzá hasonlók

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

lehűlnek, ha a napra tesszük,

even though the sun is shining on it.

hiába süti őket hét ágra a nap.

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

Itt láthatók első kísérleti adataink.

where that material stayed more than five degrees Celsius,

Kísérletünkben az anyagot

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

5 °C-kal a levegő hőmérséklete alatt tartottuk,

even though the sun was shining directly on it.

noha a nap közvetlenül sütötte.

The manufacturing method we used to actually make this material

Az anyag gyártástechnológiája

már ma is tömeggyártásinak tekinthető.

already exists at large volume scales.

So I was really excited,

Tényleg izgatott lettem,

because not only do we make something cool,

mert nemcsak hogy valami klasszat hoztunk létre,

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

hanem valami valódit és hasznosat is.

That brings me to the next big question.

Ez elvezet a következő kérdésig.

Hogyan takarítható meg energia ezzel az ötlettel?

How do you actually save energy with this idea?

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

E technológiával az energiamegtakarítás legközvetlenebb módja,

is as an efficiency boost

ha a mai légkondicionáló és hűtőrendszerek

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

hatásfokát följavítjuk.

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

Ehhez folyadék-hűtőlapot készítettünk,

like the ones shown right here.

mint ami itt látható.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Alakja hasonlít a napkollektoréra,

azzal az eltéréssel, hogy feladata ellentétes: passzívan hűti a vizet

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

using our specialized material.

különleges anyagunk révén.

These panels can then be integrated with a component

A lapok a majd minden hűtőrendszerben meglévő alkatrésszel,

almost every cooling system has, called a condenser,

a kondenzátorral is egybeépíthetők,

to improve the system's underlying efficiency.

amely még növeli a rendszer hatásfokát.

Our start-up, SkyCool Systems,

Startup cégünk, a SkyCool Systems,

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

nemrég fejezte be a kaliforniai Davisben folytatott terepkísérletét.

In that demonstration,

Az itt látható bemutatón szemléltettük,

we showed that we could actually improve the efficiency

hogy a hűtőrendszer hatásfokát

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

terepen 12%-kal tudtuk növelni.

Over the next year or two,

A következő 1-2 évben nagyon várom,

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

hogy az első kereskedelmi léptékű projekt

in both the air conditioning and refrigeration space.

mind a légkondicionálók, mind a mélyhűtők terén elindul.

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

A jövőben talán összeépíthetjük ezeket a lapokat

with higher efficiency building cooling systems

jobb hatásfokú épülethűtő rendszerekkel,

to reduce their energy usage by two-thirds.

és ezzel energiafelhasználásukat 2/3-ával csökkenthetjük.

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

Végül, tudnánk hűtőrendszert is építeni,

that requires no electricity input at all.

amely nem igényelne villamos energiát.

As a first step towards that,

Ennek első lépéseként

my colleagues at Stanford and I

stanfordi munkatársaimmal együtt bemutattuk,

have shown that you could actually maintain

hogy a levegő hőmérsékleténél

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

több mint 42 °C-kal alacsonyabb hőmérsékletet is fenntarthatunk

with better engineering.

jobb műszaki megoldással.

Thank you.

Köszönöm szépen.

(Applause)

(Taps)

So just imagine that --

Képzeljenek csak el

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

valami fagypont alattit a nyári rekkenő hőségben.

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

Miközben lelkesít, amit a hűtés érdekében tehetünk,

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

de persze még rengeteg a dolgunk,

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

kutatóként az a tágabb lehetőség is vonz,

that I believe this work highlights.

amely jelen munkámban tükröződik.

We can use the cold darkness of space

Felhasználhatjuk a világűr hideg sötétjét

to improve the efficiency

az energiával összefüggő valamennyi folyamat hatékonysága növelésére

of every energy-related process here on earth.

itt a Földön.

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

Egy folyamatot emelek ki, a napelemeket.

They heat up under the sun

Napfény hatására melegszenek fel,

and become less efficient the hotter they are.

és minél melegebbek, annál kisebb a hatásfokuk.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

2015-ben kimutattuk, hogy a napelem felületén lévő

on top of a solar cell,

bizonyos mikroszerkezettel

we could take better advantage of this cooling effect

jobban kihasználhatjuk ezt a hűtőhatást,

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

hogy a napelemet passzívan alacsony hőmérsékleten tartsuk.

This allows the cell to operate more efficiently.

Emiatt a napelem jobb hatásfokkal működik.

We're probing these kinds of opportunities further.

Tovább kísérletezünk az efféle megoldásokkal.

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

Az a kérdés, hogyan használhatjuk a világűr hidegét

to help us with water conservation.

a vízkészlet megőrzésére.

Or perhaps with off-grid scenarios.

Vagy a hálózatfüggetlen energiatermelésben.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Talán közvetlenül energiát is termelhetünk ezzel a hideggel.

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

Nagy a különbség

a Föld és a világűr hőmérséklete között.

and the cold of space.

That difference, at least conceptually,

A különbség – legalábbis fogalmilag –

could be used to drive something called a heat engine

ún. hőerőgép hajtására is használható:

to generate electricity.

villamosenergia-termelésre.

Could we then make a nighttime power-generation device

Aztán készíthetünk-e éjszakai energiatermelő berendezést,

that generates useful amounts of electricity

mellyel hasznos mennyiségű villamos energia állítható elő,

when solar cells don't work?

amikor a napelemek nem működnek?

Could we generate light from darkness?

Termelhetünk-e fényt a sötétségből?

Central to this ability is being able to manage

Ebben döntő,

hogy felhasználjuk-e a köröttünk lévő hősugárzást.

the thermal radiation that's all around us.

We're constantly bathed in infrared light;

Állandóan infravörös fényben fürdünk;

if we could bend it to our will,

és ha uralmunk alá hajtjuk,

we could profoundly change the flows of heat and energy

alapvetően módosíthatjuk a hő- és energiaáramlást,

that permeate around us every single day.

amelyek nap mint nap áthatolnak rajtunk.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Ez a képesség, amely párosul a világűr hideg sötétjével,

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

irányt mutat a jövőt illetően, ahol mi civilizációként

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

képesek lehetünk intelligensebben menedzselni hőenergiai lábnyomunkat

at the very largest scales.

a legszélesebb léptékben.

As we confront climate change,

Az éghajlat-változással szembesülve

I believe having this ability in our toolkit

hiszem, hogy e képesség eszközként alkalmazva

will prove to be essential.

létfontosságúnak bizonyul.

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

Legközelebbi sétájukon

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

álmélkodjanak el, mennyire létfontosságú a Nap a földi élethez,

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

de ne feledjék el, hogy az ég többi része is tartogat nekünk valamit.

Thank you.

Köszönöm.

(Applause)

(Taps)