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

Tradutor: Nicole Pitthan Revisor: Leonardo Silva

Every summer when I was growing up,

Todo verão, durante minha infância,

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

eu deixava o Canadá para visitar os meus avós,

who lived in Mumbai, India.

que moravam em Mumbai, na Índia.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

Os verões canadenses são amenos, na melhor das hipóteses.

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

A temperatura de um dia típico de verão é de 22 °C, não muito quente.

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

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

Mas Mumbai é um lugar quente e úmido, facilmente chegando aos 30 ºC.

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

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

Assim que chegava lá, eu pensava:

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

"Como alguém pode viver, trabalhar ou dormir com esse tempo?"

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

Para piorar, meus avós não tinham ar-condicionado.

And while I tried my very, very best,

Embora eu tentasse o meu melhor,

I was never able to persuade them to get one.

nunca consegui convencer os meus avós a comprarem um.

But this is changing, and fast.

Mas isso está mudando, e depressa.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

Os sistemas de resfriamento representam atualmente 17%

of the electricity we use worldwide.

de toda energia elétrica mundial.

This includes everything from the air conditioners

Isso inclui desde os ares-condicionados,

I so desperately wanted during my summer vacations,

que eu tanto queria nas minhas férias,

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

aos sistemas de resfriamento que mantêm a comida segura e fria

in our supermarkets,

nos supermercados,

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

aos sistemas de escala industrial que mantêm centros de dados funcionando.

Collectively, these systems account for eight percent

Ao todo, esses sistemas representam 8%

of global greenhouse gas emissions.

da emissão de gases do efeito estufa.

But what keeps me up at night

Mas o que não me deixa dormir

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

é que o consumo de energia será seis vezes maior em 2050,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

principalmente nos países asiáticos e africanos.

I've seen this firsthand.

Presenciei isso.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Quase todos os apartamentos da vizinhança dos meus avós

now has an air conditioner.

têm ar-condicionado.

And that is, emphatically, a good thing

E isso é algo bom

for the health, well-being and productivity

para a saúde, o bem-estar e a produtividade

of people living in warmer climates.

das pessoas que vivem em climas mais quentes.

However, one of the most alarming things about climate change

Mas uma das coisas mais alarmantes sobre as mudanças climáticas

is that the warmer our planet gets,

é que quanto mais quente fica o planeta,

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

mais vamos precisar de sistemas de resfriamento

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

que são grandes emissores de gases do efeito estufa.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Isso tem o potencial de causar um ciclo, em que os sistemas de resfriamento

where cooling systems alone

podem se tornar a maior fonte de emissão de gases do efeito estufa

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

later this century.

no final do século.

In the worst case,

No pior dos casos,

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

precisaremos de mais de 10 trilhões de kWh de energia elétrica por ano,

just for cooling, by the year 2100.

apenas para resfriamento, até 2100.

That's half our electricity supply today.

Isso é metade do que consumimos hoje.

Just for cooling.

Só para resfriamento.

But this also point us to an amazing opportunity.

Mas isso também é uma oportunidade incrível.

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

Uma melhoria de 10% ou 20% na eficiência do sistema de resfriamento

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

poderia causar um enorme impacto na emissão de gases do efeito estufa,

both today and later this century.

hoje e no fim do século.

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

E nos ajudaria a reverter o pior dos cenários.

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

Sou um cientista que pensa muito sobre luz e calor,

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

principalmente em como novos materiais podem alterar a circulação

of these basic elements of nature

desses elementos básicos da natureza

in ways we might have once thought impossible.

de formas que nunca imaginamos antes.

So, while I always understood the value of cooling

Apesar de sempre entender o valor do resfriamento

during my summer vacations,

durante as minhas férias,

I actually wound up working on this problem

acabei trabalhando nesse problema

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

por causa de um problema bem complicado seis anos atrás.

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

Como os antigos faziam gelo em climas desérticos?

This is a picture of an ice house,

Essa é uma casa de gelo,

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

também chamada de Yakhchal, localizada no sudoeste do Irã.

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

Existem dezenas de estruturas em ruínas como essa no Irã,

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

e construções similares ao longo do Oriente Médio

and all the way to China.

até à China.

The people who operated this ice house many centuries ago,

As pessoas que trabalhavam nessa casa de gelo muitos séculos atrás

would pour water in the pool you see on the left

despejavam água na piscina à esquerda

in the early evening hours, as the sun set.

durante as primeiras horas do anoitecer, ao pôr do sol.

And then something amazing happened.

E algo incrível acontecia.

Even though the air temperature might be above freezing,

Embora a temperatura estivesse acima de zero,

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

algo próximo de 5 ºC,

the water would freeze.

a água congelava.

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

Então o gelo produzido era coletado de manhã cedo

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

e armazenado na construção à direita,

all the way through the summer months.

durante todos os meses de verão.

You've actually likely seen something very similar at play

Você já viu algo muito semelhante

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

se observou a geada se formando em uma noite de céu aberto,

even when the air temperature is well above freezing.

mesmo quando a temperatura estava bem acima de zero.

But wait.

Mas espere.

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

Como a água congela se a temperatura está acima de zero?

Evaporation could have played an effect,

Talvez a evaporação tenha contribuído,

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

mas não teria sido suficiente para transformar a água em gelo.

Something else must have cooled it down.

Alguma outra coisa a congelou.

Think about a pie cooling on a window sill.

Imagine uma torta esfriando no parapeito da janela.

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

Para esfriar, o calor precisa fluir para um lugar mais frio,

Namely, the air that surrounds it.

isto é, para o ar ao seu redor.

As implausible as it may sound,

Embora pareça improvável,

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

o calor daquela piscina de água está fluindo para o frio do espaço.

How is this possible?

Como isso é possível?

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

Veja, a piscina de água, como muitos materiais naturais,

sends out its heat as light.

emite calor pela luz.

This is a concept known as thermal radiation.

Esse conceito é conhecido como radiação térmica.

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

Todos nós emitimos calor por luz infravermelha,

to each other and our surroundings.

um para o outro e para o ambiente.

We can actually visualize this with thermal cameras

Podemos visualizar isso através de câmeras térmicas,

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

que produzem imagens como esta que estou mostrando.

So that pool of water is sending out its heat

Aquela piscina de água está emitindo calor

upward towards the atmosphere.

para a atmosfera.

The atmosphere and the molecules in it

A atmosfera e suas moléculas

absorb some of that heat and send it back.

absorvem o calor e o enviam de volta.

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

Esse é o efeito estufa responsável pelas mudanças climáticas.

But here's the critical thing to understand.

Mas há algo fundamental a ser entendido.

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

A nossa atmosfera não absorve todo o calor.

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

Se fizesse isso, o planeta seria bem mais quente.

At certain wavelengths,

Em alguns comprimentos de onda,

in particular between eight and 13 microns,

particularmente entre 8 e 13 micrômetros,

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

a nossa atmosfera tem uma janela de transmissão.

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

Essa janela permite que um pouco do calor emitido por luz infravermelha escape,

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

levando embora o calor da piscina,

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

indo para um lugar que é muito mais frio,

The cold of this upper atmosphere

o frio da atmosfera superior

and all the way out to outer space,

até o espaço,

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

onde o frio chega a -270 ºC.

or minus 454 degrees Fahrenheit.

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

A piscina consegue emitir mais luz ao céu

than the sky sends back to it.

do que este emite de volta.

And because of that,

E por causa disso,

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

a piscina fica mais fria que a temperatura ao seu redor.

This is an effect known as night-sky cooling

Esse efeito é conhecido como resfriamento radiante noturno

or radiative cooling.

ou resfriamento radiante.

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

E os cientistas e os meteorologistas sempre o consideraram

as a very important natural phenomenon.

um fenômeno natural muito importante.

When I came across all of this,

Quando soube disso,

it was towards the end of my PhD at Stanford.

já estava no fim do meu PhD em Stanford.

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

Fiquei maravilhado com a simplicidade do método de resfriamento,

yet really puzzled.

e também muito confuso.

Why aren't we making use of this?

Por que não fazemos uso disso?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Os cientistas e os engenheiros investigaram essa ideia

in previous decades.

nas décadas anteriores.

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

E um grande problema foi descoberto.

It was called night-sky cooling for a reason.

Havia uma razão para o nome "resfriamento radiante noturno".

Why?

Por quê?

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

É uma pequena coisa chamada Sol.

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

A superfície que está sendo resfriada

it needs to be able to face the sky.

precisa estar a céu aberto.

And during the middle of the day,

E durante o meio do dia,

when we might want something cold the most,

se quisermos esfriar algo,

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

o sol estará lá em cima, infelizmente.

And the sun heats most materials up

E o sol aquece a maioria dos materiais

enough to completely counteract this cooling effect.

suficientemente para impedir o efeito de resfriamento.

My colleagues and I spend a lot of our time

Eu e meus colegas gastamos o nosso tempo

thinking about how we can structure materials

pensando em como construir materiais em escalas bem pequenas

at very small length scales

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

para que coisas novas e úteis sejam feitas com a luz,

length scales smaller than the wavelength of light itself.

escalas que são bem menores que o comprimento da luz.

Using insights from this field,

Com a ajuda de áreas da nanofotônica e de pesquisas em metamaterias,

known as nanophotonics or metamaterials research,

percebemos que existe um jeito de tornar isso possível durante o dia

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

for the first time.

pela primeira vez.

To do this, I designed a multilayer optical material

Então, criei um material óptico de multicamadas,

shown here in a microscope image.

que pode ser visto nesta imagem.

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

Ele é 40 vezes mais fino que um fio de cabelo

And it's able to do two things simultaneously.

e consegue fazer duas coisas ao mesmo tempo.

First, it sends its heat out

Primeiro, ele libera seu calor

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

exatamente onde a nossa atmosfera permite que esse calor escape melhor.

We targeted the window to space.

Voltamos a janela para o espaço.

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

Segundo, o sol não consegue aquecê-lo.

It's a very good mirror to sunlight.

É um ótimo espelho para o sol.

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

Testei isso pela primeira vez no telhado de Stanford,

that I'm showing you right here.

que estou mostrando aqui.

I left the device out for a little while,

Deixei o equipamento do lado de fora por um tempo,

and I walked up to it after a few minutes,

voltei após alguns minutos

and within seconds, I knew it was working.

e, no mesmo instante, vi que funcionava.

How?

Como?

I touched it, and it felt cold.

Toquei nele e estava frio.

(Applause)

(Aplausos)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Apenas para enfatizar o quão estranho e contraintuitivo é isso:

this material and others like it

esse material e outros similares

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

ficam mais gelados quando não estão na sombra,

even though the sun is shining on it.

mesmo se o sol estiver brilhando sobre ele.

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

Esses dados são do primeiro experimento,

where that material stayed more than five degrees Celsius,

onde o material ficou 5 ºC mais frio que a temperatura do ar,

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

even though the sun was shining directly on it.

mesmo com o sol brilhando diretamente nele.

The manufacturing method we used to actually make this material

O processo de fabricação que usamos para fazer esse material

already exists at large volume scales.

já existe em grande escala.

So I was really excited,

Eu fiquei empolgado

because not only do we make something cool,

não apenas porque estamos fazendo algo bacana,

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

mas porque talvez tenhamos a oportunidade de fazer algo efetivo e também útil.

That brings me to the next big question.

O que me leva à próxima questão:

como economizar energia com essa ideia?

How do you actually save energy with this idea?

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

Acreditamos que o jeito mais direto de economizar energia com essa tecnologia

is as an efficiency boost

é por um aumento de rendimento

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

para os ares-condicionados e os sistemas de resfriamento.

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

Para isso, criamos painéis com fluido de resfriamento,

like the ones shown right here.

como esses aqui.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Esses painéis são similares aos painéis solares,

só que fazem o contrário:

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

esfriam a água usando o nosso material específico.

using our specialized material.

These panels can then be integrated with a component

Os painéis podem ser integrados com um componente

almost every cooling system has, called a condenser,

comum em sistemas de resfriamento, um condensador,

to improve the system's underlying efficiency.

que reforça a eficiência básica do sistema.

Our start-up, SkyCool Systems,

A nossa startup, SkyCool Systems,

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

fez recentemente um ensaio de campo em Davis, na Califórnia.

In that demonstration,

Nessa demonstração,

we showed that we could actually improve the efficiency

demonstramos que poderíamos melhorar a eficiência

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

do sistema de resfriamento em 12%.

Over the next year or two,

Nos próximos anos,

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

estou bem animado em ver as primeiras unidades em escala comercial

in both the air conditioning and refrigeration space.

para refrigeração e ar-condicionado.

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

No futuro, talvez possamos desenvolver esses painéis

with higher efficiency building cooling systems

com uma eficiência mais alta, construindo sistemas de resfriamento

to reduce their energy usage by two-thirds.

com uma redução do consumo de energia em dois terços.

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

E finalmente, talvez possamos construir um sistema de resfriamento

that requires no electricity input at all.

que não precise de energia elétrica.

As a first step towards that,

Dando um primeiro passo nesse sentido, eu e meus colegas de Stanford

my colleagues at Stanford and I

have shown that you could actually maintain

demonstramos que é possível manter

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

algo mais de 42 ºC abaixo da temperatura do ar

with better engineering.

com mais desenvolvimento.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)

So just imagine that --

Então apenas imagine

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

algo que está abaixo de zero em um dia quente de verão.

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

Apesar de estar bem animado sobre as possibilidades de resfriamento,

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

e acho que ainda há muito para se fazer,

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

como cientista, estou mais atraído a uma grande oportunidade

that I believe this work highlights.

que esse trabalho evidencia.

We can use the cold darkness of space

Podemos usar a fria escuridão do espaço

to improve the efficiency

para melhorar a eficiência

of every energy-related process here on earth.

de cada processo do planeta que envolva energia.

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

Um deles é a célula solar.

They heat up under the sun

Elas se aquecem sob o sol

and become less efficient the hotter they are.

e quanto mais quente ficam menos eficientes são.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

Em 2015,

demonstramos que, com microestruturas em cima de uma célula solar,

on top of a solar cell,

we could take better advantage of this cooling effect

poderíamos nos beneficiar do efeito de resfriamento

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

para manter uma célula solar em uma temperatura mais baixa.

This allows the cell to operate more efficiently.

Isso permite que a célula seja mais eficiente.

We're probing these kinds of opportunities further.

Estamos examinando mais a fundo essas oportunidades.

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

Nos perguntamos se podemos usar o frio do espaço

to help us with water conservation.

para nos ajudar com a conservação da água,

Or perhaps with off-grid scenarios.

ou talvez com sistemas independentes de energia.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Talvez até seja possível gerar energia com esse frio.

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

Existe uma grande diferença de temperatura entre a Terra

and the cold of space.

e o frio do espaço.

That difference, at least conceptually,

Essa diferença, teoricamente,

could be used to drive something called a heat engine

poderia impulsionar um motor térmico

to generate electricity.

para gerar eletricidade.

Could we then make a nighttime power-generation device

Podemos então fazer um dispositivo com geração de energia à noite

that generates useful amounts of electricity

que produza quantidade suficiente de eletricidade

when solar cells don't work?

no lugar das células solares?

Could we generate light from darkness?

Podemos gerar luz da escuridão?

Central to this ability is being able to manage

Para isso acontecer, é essencial saber como lidar

the thermal radiation that's all around us.

com a radiação térmica que está ao nosso redor.

We're constantly bathed in infrared light;

Somos constante banhados por luz infravermelha.

if we could bend it to our will,

Se pudéssemos controlá-la,

we could profoundly change the flows of heat and energy

poderíamos mudar os fluxos de calor e de energia

that permeate around us every single day.

que estão difundidos ao nosso redor todos os dias.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Essa habilidade e a fria escuridão do espaço

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

nos apontam um futuro onde nós, como civilização,

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

possamos lidar de modo mais inteligente com a nossa pegada de energia térmica

at the very largest scales.

em grande escala.

As we confront climate change,

Conforme confrontamos as mudanças climáticas,

I believe having this ability in our toolkit

acredito que essa habilidade

will prove to be essential.

vai se revelar indispensável.

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

Então, na próxima vez que você andar por aí,

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

sinta-se impressionado com a importância do sol para a vida na Terra,

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

mas não se esqueça que o resto do céu também tem algo a nos oferecer.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)