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

Translator: Zahra Wijaya Reviewer: Sarmoko Sarmoko

Every summer when I was growing up,

Setiap musim panas semasa kecil saya,

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

saya pergi dari rumah saya di Kanada untuk menjenguk kakek nenek saya

who lived in Mumbai, India.

di Mumbai, India.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

Musim panas di Kanada cukup sejuk --

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

sekitar 22 derajat Celcius atau 72 derajat Farenheit

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

ini musim panas yang biasa, dan tidak terlalu panas

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

Sedangkan Mumbai, adalah tempat yang panas dan lembab

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

sekitar 30-an Celcius atau 90-an Farenheit.

Saat saya mendarat di Mumbai, saya berpikir,

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

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

"Bagaimana orang bisa hidup, bekerja atau tidur dalam cuaca seperti ini?"

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

Parahnya, kakek nenek saya tidak memiliki pendingin ruangan.

And while I tried my very, very best,

Dan meskipun saya berusaha sebisa mungkin,

I was never able to persuade them to get one.

Saya tidak berhasil membujuk mereka untuk membelinya.

But this is changing, and fast.

Tetapi kondisi berubah dan dengan cepat.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

Sistem pendingin saat ini secara keseluruhan menyumbang 17 persen

of the electricity we use worldwide.

dari listrik yang kita gunakan di seluruh dunia.

This includes everything from the air conditioners

Ini termasuk semuanya dari pendingin ruangan

I so desperately wanted during my summer vacations,

yang saya sangat inginkan pada liburan musim panas saya

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

pada sistem pendingin yang membuat makanan tetap baik dan dingin

in our supermarkets,

di supermarket,

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

hingga sistem skala industri yang menjaga agar pusat data tetap bekerja.

Collectively, these systems account for eight percent

Secara keseluruhan, sistem-sistem ini menyumbang delapan persen

of global greenhouse gas emissions.

dari emisi gas rumah kaca secara global.

But what keeps me up at night

Tapi, ini yang membuat saya gelisah tiap malam

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

bahwa penggunaan energi untuk pendingin bisa meningkat enam kali lipat pada 2050,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

terutama penggunaan yang meningkat pada negara-negara di Asia dan Afrika.

I've seen this firsthand.

Saya menyaksikan ini secara langsung.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Hampir setiap apartemen di sekitar dan di tempat nenek saya

now has an air conditioner.

sekarang mempunyai pendingin ruangan.

And that is, emphatically, a good thing

Dan itu, sungguh merupakan hal yang baik

for the health, well-being and productivity

untuk kesehatan, kesejahteraan, dan produktivitas

of people living in warmer climates.

bagi orang yang hidup di iklim panas.

However, one of the most alarming things about climate change

Namun, salah satu hal paling mengkhawatirkan tentang perubahan iklim

is that the warmer our planet gets,

bahwa semakin panas planet kita,

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

semakin kita butuh sistem pendingin --

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

sistem yang menjadi penghasil besar emisi gas rumah kaca.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Ini berpotensi menyebabkan suatu umpan balik,

where cooling systems alone

dengan sistem pendingin saja

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

dapat menjadi penghasil emisi gas rumah kaca terbesar

later this century.

pada abad ini.

In the worst case,

Pada kasus terburuk,

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

kita mungkin memerlukan lebih dari 10 triliun kWh listrik setiap tahun,

just for cooling, by the year 2100.

hanya untuk pendinginan pada tahun 2100.

That's half our electricity supply today.

Itu setengah dari listrik kita yang tersedia saat ini.

Just for cooling.

Hanya untuk sistem pendingin.

But this also point us to an amazing opportunity.

Tetapi ini mungkin dapat mengarahkan kita pada peluang yang besar.

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

Peningkatan efisiensi dari setiap sistem pendingin sebesar 10 atau 20 persen

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

dapat berpengaruh besar pada emisi gas rumah kaca kita,

both today and later this century.

saat ini dan di masa depan.

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

Dan itu dapat mencegah kasus umpan balik tersebut.

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

Saya adalah ilmuwan yang banyak bekerja tentang cahaya dan panas.

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

Khususnya, bagaimana bahan baru dapat mengubah aliran

of these basic elements of nature

dari unsur dasar alam ini

in ways we might have once thought impossible.

dalam cara yang kami dulu kira mustahil.

So, while I always understood the value of cooling

Seiring saya memahami arti pendinginan,

during my summer vacations,

selama liburan musim panas saya,

I actually wound up working on this problem

saya bergairah mengerjakan masalah ini

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

karena teka-teki intelektual yang saya temui sekitar enam tahun yang lalu.

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

Bagaimana manusia zaman dulu dapat membuat es di iklim gurun?

This is a picture of an ice house,

Ini adalah foto rumah es,

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

juga bernama Yakhchal, yang terletak di barat laut Iran.

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

Ada lusinan runtuhan seperti ini di seluruh Iran,

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

dengan bukti dari bangunan yang hampir sama di seluruh Timur Tengah

and all the way to China.

dan sampai ke Cina.

The people who operated this ice house many centuries ago,

Orang-orang yang membuat rumah es ini berabad-abad yang lalu

would pour water in the pool you see on the left

akan menuangkan air ke kolam yang Anda lihat di sisi kiri

in the early evening hours, as the sun set.

pada sore hari, saat matahari mulai tenggelam,

And then something amazing happened.

Lalu terjadi sesuatu yang menakjubkan.

Even though the air temperature might be above freezing,

Meskipun suhu udara mungkin di atas titik beku,

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

misal 5 derajat Celcius atau 41 derajat Fahrenheit,

the water would freeze.

air tadi bisa membeku.

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

Es yang dihasilkan lalu dikumpulkan di pagi hari

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

dan disimpan untuk penggunaan di gedung yang Anda lihat di sisi kanan.

all the way through the summer months.

begini terus dilakukan, sepanjang musim panas.

You've actually likely seen something very similar at play

Anda mungkin pernah melihat sesuatu yang serupa

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

jika Anda perhatikan embun membeku di tanah pada malam yang cerah,

even when the air temperature is well above freezing.

bahkan saat suhu udaranya jauh di atas titik beku.

But wait.

Tunggu.

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

Bagaimana air dapat membeku jika suhu udara di atas titik beku?

Evaporation could have played an effect,

Penguapan mungkin punya pengaruh,

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

tetapi itu tidak cukup untuk menyebabkan air menjadi es.

Something else must have cooled it down.

Pasti sesuatu yang lain membekukannya.

Think about a pie cooling on a window sill.

Bayangkan kue yang didinginkan dekat jendela.

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

Biar bisa dingin, panasnya harus mengalir ke tempat yang lebih sejuk,

Namely, the air that surrounds it.

Tak lain, udara yang mengelilinginya.

As implausible as it may sound,

Meski tidak masuk akal kedengarannya,

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

untuk kolam air itu, panasnya sebenarnya mengalir ke luar angkasa.

How is this possible?

Bagaimana bisa?

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

Kolam air itu, seperti kebanyakan bahan alami

sends out its heat as light.

mengirimkan panasnya sebagai cahaya.

This is a concept known as thermal radiation.

Konsep ini dinamakan radiasi termal.

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

Sebenarnya, kita semua mengantarkan panas sebagai cahaya inframerah sekarang

to each other and our surroundings.

kepada satu sama lain dan sekeliling kita.

We can actually visualize this with thermal cameras

Kita dapat menggambarkan ini menggunakan kamera termal

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

dan gambar yang dihasilkan, seperti yang saya tunjukkan sekarang.

So that pool of water is sending out its heat

Jadi kolam air itu mengantarkan panasnya

upward towards the atmosphere.

ke atas menuju atmosfer.

The atmosphere and the molecules in it

Atmosfer dan molekul di dalamnya

absorb some of that heat and send it back.

menyerap sebagian panasnya itu dan mengirimnya kembali.

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

Itu sebenarnya efek rumah kaca yang bertanggungjawab atas perubahan iklim.

But here's the critical thing to understand.

Tetapi ini adalah hal paling penting untuk difahami,

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

Atmosfer kita tidak menyerap semua panas itu.

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

Jika diserap semua, kita akan berada di planet yang jauh lebih panas.

At certain wavelengths,

Pada panjang gelombang tertentu,

in particular between eight and 13 microns,

khususnya di antara delapan dan 13 mikron,

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

atmosfer kita mempunyai apa yang disebut jendela transmisi.

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

Jendela ini memungkinkan sebagian panas yang naik sebagai cahaya inframerah

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

untuk keluar secara efektif, membawa panas kolam air.

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

Dan ia dapat pergi ke tempat yang jauh lebih dingin.

The cold of this upper atmosphere

Ke atmosfer atas yang dingin

and all the way out to outer space,

dan ke luar angkasa

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

yang dinginnya dapat mencapai minus 270 derajat Celcius,

or minus 454 degrees Fahrenheit.

atau minus 454 derajat Fahrenheit.

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

Jadi kolam air itu dapat mengantarkan panas ke langit yang lebih banyak

than the sky sends back to it.

daripada yang dikembalikan oleh langit.

And because of that,

Dan karena itu,

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

kolam akan mendingin di bawah suhu lingkungannya.

This is an effect known as night-sky cooling

Efek ini dikenal dengan pendinginan langit malam,

or radiative cooling.

atau pendinginan radiatif.

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

Dan ini sudah dipahami oleh ilmuwan iklim dan ahli cuaca

as a very important natural phenomenon.

sebagai fenomena alami yang sangat penting.

When I came across all of this,

Saat saya menemukan semua ini,

it was towards the end of my PhD at Stanford.

yaitu saat akhir S3 saya di Stanford.

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

Dan saya kagum dengan betapa sederhana cara pendinginan

yet really puzzled.

tetapi juga membingungkan.

Why aren't we making use of this?

Mengapa kita tidak memanfaatkan ini?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Nah, ilmuwan dan insinyur telah meneliti ide ini

in previous decades.

dalam puluhan tahun sebelumnya.

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

Tetapi ada satu masalah besar.

It was called night-sky cooling for a reason.

Dinamakan pendinginan langit malam untuk suatu alasan.

Why?

Mengapa?

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

Baik, ini hal kecil bernama matahari.

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

Jadi, untuk permukaan yang melakukan pendinginannya,

it needs to be able to face the sky.

permukaannya harus menghadap langit.

And during the middle of the day,

Dan di saat tengah siang hari,

when we might want something cold the most,

saat kita saat menginginkan sesuatu yang dingin,

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

sayangnya, itu berarti Anda harus menghadap ke matahari,

And the sun heats most materials up

Dan matahari memanaskan banyak benda,

enough to completely counteract this cooling effect.

cukup panas untuk sepenuhnya menetralkan efek pendinginan ini.

Saya dan rekan-rekan menghabiskan banyak waktu

My colleagues and I spend a lot of our time

thinking about how we can structure materials

memikirkan bagaimana kami dapat menyusun bahan

at very small length scales

pada skala panjang yang sangat kecil

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

agar mereka dapat melakukan hal yang baru dan berguna dengan cahaya --

length scales smaller than the wavelength of light itself.

skala panjang yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya sendiri.

Using insights from this field,

Menggunakan pengetahuan dari bidang ini,

known as nanophotonics or metamaterials research,

yang bernama nanofotinik atau riset metamaterial,

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

kami sadar ada jalan yang ini bisa dilakukan pada siang hari

for the first time.

untuk pertama kalinya.

To do this, I designed a multilayer optical material

Untuk melakukannya, saya mendesain bahan optik multilayer

shown here in a microscope image.

ditunjukkan dalam gambar hasil mikroskop ini.

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

Ini 40 kali lebih tipis dari rambut manusia umumnya.

And it's able to do two things simultaneously.

Dan ini dapat melakukan dua hal pada waktu yang sama.

First, it sends its heat out

Pertama, bisa mengeluarkan panas,

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

dengan tepat di mana atmosfer kita mengeluarkan panas.

We targeted the window to space.

Kami menyasar jendela ke luar angkasa.

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

Hal kedua yang dapat dilakukannya adalah menghindari pemanasan oleh matahari.

It's a very good mirror to sunlight.

Ini cermin yang baik terhadap cahaya matahari.

Pertama kali saya menguji ini yaitu di atas atap kampus Stanford

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

that I'm showing you right here.

yang saya tunjukkan di sini.

I left the device out for a little while,

Saya meletakkan alat untuk beberapa saat,

and I walked up to it after a few minutes,

dan saya melihatnya setelah beberapa menit,

and within seconds, I knew it was working.

dan dalam beberapa detik, saya tahu itu bekerja.

How?

Bagaimana?

I touched it, and it felt cold.

Saya menyentuhnya, dan rasanya dingin

(Applause)

(Tepuk tangan)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Hanya untuk menegaskan seberapa aneh dan berlawanan dengan intuisi ini:

this material and others like it

bahan ini, dan bahan sepertinya,

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

akan bertambah dingin, saat kita mengeluarkannya dari tempat teduh

even though the sun is shining on it.

meskipun matahari bersinar di atasnya.

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

Saya menunjukkan data di sini dari percobaan pertama kami,

where that material stayed more than five degrees Celsius,

ketika bahan itu bertahan lebih dari lima derajat Celcius

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

atau sembilan derajat Farenheit, lebih dingin daripada suhu udara

even though the sun was shining directly on it.

meskipun matahari bersinar tepat di atasnya.

The manufacturing method we used to actually make this material

Metode pembuatan yang kami gunakan untuk membuat bahan ini

already exists at large volume scales.

sudah ada pada skala volume besar.

So I was really excited,

Jadi saya sangat gembira,

because not only do we make something cool,

karena kami tidak hanya membuat sesuatu yang keren

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

tapi juga kesempatan melakukan sesuatu yang nyata dan berguna.

Itu membawa saya ke pertanyaan besar berikutnya.

That brings me to the next big question.

How do you actually save energy with this idea?

Bagaimana kita dapat menghemat energi dengan ide ini?

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

Kami percaya cara paling langsung untuk menghemat energi dengan teknologi ini

is as an efficiency boost

adalah peningkatan efisiensi

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

untuk sistem pendingin ruangan dan pendinginan makanan.

Untuk melakukan ini, kami bangun panel pendingin cairan.

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

like the ones shown right here.

seperti yang ditunjukkan di sini.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Bentuk panel ini seperti pemanas air tenaga surya,

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

tetapi melakukan hal sebaliknya -- airnya didinginkan, secara pasif,

using our specialized material.

menggunakan bahan khusus ini.

These panels can then be integrated with a component

Panel ini kemudian dapat digabungkan dengan bagian

yang hampir semua sistem pendinginan memilikinya yaitu kondensator

almost every cooling system has, called a condenser,

to improve the system's underlying efficiency.

untuk meningkatkan efisiensi sistem tersebut.

Start-up kami, bernama SkyCool Systems,

Our start-up, SkyCool Systems,

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

baru saja menyelesaikan percobaan lapangan di Davis, California.

Dalam demonstrasi itu,

In that demonstration,

we showed that we could actually improve the efficiency

kami menunjukkan bahwa kami dapat meningkatkan efisiensi

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

sebanyak 12 persen di lapangan.

Over the next year or two,

Satu atau dua tahun berikutnya,

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

saya sangat gembira karena ini meluncur pada skala komersial pertama kali

in both the air conditioning and refrigeration space.

dalam pasar sistem pendinginan.

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

Ke depannya, kami mungkin dapat menggabungkan panel ini

with higher efficiency building cooling systems

dengan sistem pendinginan yang lebih efisien

to reduce their energy usage by two-thirds.

untuk mengurangi penggunaan energinya sebanyak dua per tiga.

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

Dan akhirnya, kami mungkin dapat membangun sistem pendinginan

that requires no electricity input at all.

yang tidak memerlukan listrik sama sekali.

As a first step towards that,

Sebagai langkah pertamanya,

my colleagues at Stanford and I

saya dan rekan-rekan saya di Stanford

have shown that you could actually maintain

telah menunjukkan bahwa Anda dapat mempertahankan

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

sesuatu lebih dari 42 derajat Celcius di bawah suhu udara

with better engineering.

dengan teknik yang lebih baik.

Thank you.

Terima kasih.

(Applause)

(Tepuk tangan)

So just imagine that --

Jadi bayangkan --

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

sesuatu yang ada di bawah titik beku di siang hari yang panas.

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

Jadi, saya sangat senang bisa melakukan sesuatu untuk pendinginan,

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

tapi saya kira, ada banya hal yang masih perlu dilakukan.

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

Sebagai ilmuwan, saya tertarik pada kesempatan yang lebih besar

that I believe this work highlights.

yang saya percaya karya ini menarik.

We can use the cold darkness of space

Kita dapat menggunakan gelap dan dinginnya luar angkasa

to improve the efficiency

untuk meningkatkan efisiensi

of every energy-related process here on earth.

dari setiap proses yang terkait dengan energi di bumi.

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

Salah satu proses yang ingin saya soroti adalah sel surya.

They heat up under the sun

Mereka memanas di bawah matahari

and become less efficient the hotter they are.

dan semakin panasnya, mereka menjadi kurang efisien.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

Tahun 2015, kami menunjukkan bahwa dengan mempertimbangkan jenis mikrostruktur

on top of a solar cell,

di atas sel surya,

we could take better advantage of this cooling effect

kami dapat lebih memanfaatkan efek pendingan ini

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

untuk menjaga sel surya pada suhu lebih rendah secara pasif.

This allows the cell to operate more efficiently.

Hal ini bisa membuat sel surya bekerja lebih efisien.

We're probing these kinds of opportunities further.

Kami sedang menyelidiki kesempatan ini lebih lanjut.

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

Kami sedang meneliti apakah kami dapat menggunakan dinginnya luar angkasa

to help us with water conservation.

untuk membantu dengan penghematan air.

Or perhaps with off-grid scenarios.

Atau mungkin dengan skenario yang tak terduga.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Mungkin kita dapat menghasilkan listrik secara langsung dengan dingin ini.

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

Ada perbedaan suhu yang besar di antara kita di Bumi dan

and the cold of space.

dinginnya luar angkasa.

That difference, at least conceptually,

Perbedaan itu, secara konsep,

could be used to drive something called a heat engine

dapat digunakan untuk menggerakkan sesuatu bernama mesin panas

to generate electricity.

untuk menghasilkan listrik.

Could we then make a nighttime power-generation device

Bisakah kita membuat alat penghasil listrik malam hari

that generates useful amounts of electricity

yang bisa menghasilkan jumlah listrik yang cukup

when solar cells don't work?

saat sel surya tidak bekerja?

Could we generate light from darkness?

Bisakah kita membuat cahaya dari kegelapan?

Central to this ability is being able to manage

Hal utamanya yaitu kemampuan untuk mengelola

the thermal radiation that's all around us.

radiasi termal yang ada di sekitar kita.

We're constantly bathed in infrared light;

Kita senantiasa bermandikan cahaya inframerah;

if we could bend it to our will,

jika kita dapat memanfaatkan sesuai keinginan kita,

we could profoundly change the flows of heat and energy

kita dapat mengubah aliran panas dan energi

that permeate around us every single day.

yang kita serap setiap hari.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Kemampuan ini, digabung dengan gelap dan dinginnya luar angkasa

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

menunjukkan masa depan tempat kita, sebagai suatu peradaban

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

mungkin dapat mengelola jejak energi kita dengan lebih bijak

at the very largest scales.

pada skala terbesar.

As we confront climate change,

Saat kita menghadapi perubahan iklim,

I believe having this ability in our toolkit

saya percaya bahwa mempunyai kemampuan ini

will prove to be essential.

akan sangat bermanfaat.

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

Berikutnya, saat Anda jalan-jalan di luar.

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

Ya, kagumilah pentingnya matahari terhadap kehidupan di bumi,

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

tetapi jangan lupa bahwa bagian langit lainnya juga bermanfaat.

Thank you.

Terima kasih.

(Applause)

(Tepuk tangan)