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

Prevodilac: Tereza Ivanovic Lektor: Ivana Korom

Every summer when I was growing up,

Сваког лета, док сам одрастао,

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

летео сам из Канаде, где живим, да посетим баку и деку

who lived in Mumbai, India.

који су живели у Мумбају у Индији.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

Лета у Канади су прилично блага,

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

око 22°C или 72°F

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

и то је типичан летњи дан, не превише врео.

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

Мумбај је, међутим, врело и влажно место,

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

знатно изнад 30 степени целзијуса, или 90 степени фаренхајта.

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

Чим бих стигао, питао бих:

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

,,Како ико може да живи, ради или спава по оваквом времену?"

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

Што је још горе, бака и дека нису имали клима-уређај.

And while I tried my very, very best,

Мада сам се трудио много,

I was never able to persuade them to get one.

никад нисам успео да их убедим да га купе.

But this is changing, and fast.

Али то се мења, и то брзо.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

Данашњи расхладни уређаји свеукупно имају учешће од 17 посто

of the electricity we use worldwide.

у светској потрошњи струје.

This includes everything from the air conditioners

Ово обухвата све, од клима-уређаја

I so desperately wanted during my summer vacations,

за којим сам очајно жудeо током летњих распуста,

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

до расхладних система који чувају и хладе храну

in our supermarkets,

у супермаркетима,

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

па до система на индустријском нивоу

који одржавају функционалним центре за управљање подацима.

Collectively, these systems account for eight percent

Они заједно учествују са 8 посто у емисији гасова

of global greenhouse gas emissions.

који стварају ефекат стаклене баште.

But what keeps me up at night

Брине ме то што се потрошња енергије за хлађење

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

може увећати шест пута до 2050. године,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

првенствено због повећане употребе у азијским и афричким земљама.

I've seen this firsthand.

Ово сам видео из прве руке.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Скоро сваки стан око бакиног

now has an air conditioner.

сада има клима-уређај.

And that is, emphatically, a good thing

Недвосмислено, ово је добра ствар

for the health, well-being and productivity

за здравље, добробит и продуктивност

of people living in warmer climates.

оних који живе у подручјима са топлијом климом.

However, one of the most alarming things about climate change

Међутим, једна од најалармантнијих ствари у вези са климатским променама је да,

is that the warmer our planet gets,

што се наша планета више загрева,

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

требаће нам све више расхладних система,

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

система који много доприносе ефекту стаклене баште емисијом гасова.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Ово може довести до затвореног круга,

where cooling systems alone

где би сами расхладни системи

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

могли постати највећи извори ефекта стаклене баште

later this century.

крајем овог века.

In the worst case,

У најгорем случају

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

требало би нам 10 билиона киловат сати годишње,

just for cooling, by the year 2100.

само за расхлађивање, до 2100. године.

That's half our electricity supply today.

То је половина данашњег снабдевања електричном енергијом.

Just for cooling.

Само за расхлађивање.

But this also point us to an amazing opportunity.

Али ово нам такође указује на једну невероватну могућност.

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

Побољшање ефикасности расхладних система за 10 до 20 посто

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

могао би имати огроман утицај на емисију гасова,

both today and later this century.

како данас, тако и крајем овог века.

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

То би нам помогло да спречимо најгори случај затвореног круга.

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

Ја сам научник који много размишља о светлости и топлоти.

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

Конкретно о томе, како нам нови материјали дозвољавају да изменимо ток

of these basic elements of nature

базичних елемената природе

in ways we might have once thought impossible.

на начин који се некад чинио немогућим.

So, while I always understood the value of cooling

Увек сам разумео вредност расхлађивања

during my summer vacations,

током летњих распуста,

I actually wound up working on this problem

а заправо се напрежем да решим овај проблем,

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

на шта ме је потакла једна интелектуална загонетка пре шест година.

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

Како су древни народи умели да праве лед у пустињској клими?

This is a picture of an ice house,

Ово је слика једне ледаре

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

која се зове Јакчал и налази се на југозападу Ирана.

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

Постоје рушевине оваквих грађевина широм Ирана,

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

са подацима о сличним грађевинама широм Средњег истока,

and all the way to China.

све до Кине.

The people who operated this ice house many centuries ago,

Људи који су управљали овом ледаром пре много векова,

would pour water in the pool you see on the left

сипали би воду у базен са леве стране

in the early evening hours, as the sun set.

у раним вечерњим сатима по заласку сунца.

And then something amazing happened.

Онда се десило нешто запањајуће.

Even though the air temperature might be above freezing,

Мада је температура ваздуха била изнад смрзавања,

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

можда 5 °C или 41 °F,

the water would freeze.

вода би се замрзла.

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

Нагомилани лед се сакупљао у раним јутарњим сатима

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

и складиштио се у овој згради десно,

all the way through the summer months.

за употребу током летњих месеци.

You've actually likely seen something very similar at play

Вероватно сте видели да се слично одиграва

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

кад приметите иње при тлу кад је ведра ноћ,

even when the air temperature is well above freezing.

иако је температура ваздуха изнад тачке замрзавања.

But wait.

Али чекајте.

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

Како то да се вода замрзава иако је температура у плусу?

Evaporation could have played an effect,

Можда је то утицај испаравања,

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

али то није довољно да се вода претвори у лед.

Something else must have cooled it down.

Мора да је нешто друго охладило воду.

Think about a pie cooling on a window sill.

Замислите да се пита хлади на прозору.

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

Да би се охладила, њена врелина мора да струји негде где је хладније.

Namely, the air that surrounds it.

То јест, у ваздух који је окружује.

As implausible as it may sound,

Колико год невероватно звучало,

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

топлота воде из базена струји у хладан свемир.

How is this possible?

Како је то могуће?

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

Тако, што тај базен са водом, као већина природних материјала,

sends out its heat as light.

зрачи своју топлоту као светлост.

This is a concept known as thermal radiation.

То је концепт топлотног зрачења.

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

Управо сада сви зрачимо нашу топлоту као инфрацрвено светло,

to each other and our surroundings.

како према другима, тако и у околину.

We can actually visualize this with thermal cameras

Ово се може визуелизовати термалним камерама

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

које производе овакве слике.

So that pool of water is sending out its heat

Базен са водом шаље своју топлоту

upward towards the atmosphere.

горе у атмосферу.

The atmosphere and the molecules in it

Атмосфера и молекули у њој

absorb some of that heat and send it back.

апсорбују нешто од те топлоте и враћају је назад.

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

То је ефекат стаклене баште који је одговоран за климатске промене.

But here's the critical thing to understand.

Али има једна кључна ствар коју треба разумети.

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

Атмосфера не апсорбује сву топлоту.

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

Кад би било тако, планета би била много топлија.

At certain wavelengths,

На одређеним таласним дужинама,

in particular between eight and 13 microns,

посебно између 8 и 13 микрона,

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

атмосфера поседује такозвани прозор за пренос.

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

Тај прозор омогућава топлоти које се диже као инфрацрвено светло

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

да побегне, односећи топлоту из базена.

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

А нестаје ка месту које је много, много хладније.

The cold of this upper atmosphere

Хладноћа горње атмосфере

and all the way out to outer space,

и читавог свемира

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

може достићи -270 °C,

or minus 454 degrees Fahrenheit.

односно -454 °F.

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

Тај базен са водом може да пошаље више топлоте према небу,

than the sky sends back to it.

него што небо може да врати.

And because of that,

Зато ће се

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

базен расхладити на нижу температуру од околне.

This is an effect known as night-sky cooling

То је такозвано ноћно хлађење

or radiative cooling.

или радијативно хлађење.

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

Климатолози и метеоролози одувек сматрају

as a very important natural phenomenon.

да је то веома важна природна појава.

When I came across all of this,

На ову појаву сам наишао

it was towards the end of my PhD at Stanford.

при крају докторских студија на Станфорду.

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

Био сам запањен колико је ово једноставна метода хлађења,

yet really puzzled.

а још увек загонетна.

Why aren't we making use of this?

Зашто није у употреби?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Научници и инжењери су претходних деценија

in previous decades.

истраживали ову идеју.

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

Али појавио се најмање један велики проблем.

It was called night-sky cooling for a reason.

Не назива се без разлога ноћно хлађење.

Why?

Зашто?

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

Због стварчице која се зове сунце.

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

Површина која се излаже хлађењу

it needs to be able to face the sky.

мора бити окренута небу.

And during the middle of the day,

А средином дана,

when we might want something cold the most,

када бисмо хтели да нешто охладимо што је могуће више,

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

на жалост гледамо у сунце.

And the sun heats most materials up

Сунце загрева ствари

enough to completely counteract this cooling effect.

толико, да се потпуно супротставља ефекту хлађења.

My colleagues and I spend a lot of our time

Провео сам много времена са колегама

thinking about how we can structure materials

да бисмо створили материјал

at very small length scales

који ће на малом опсегу

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

учинити нешто ново и корисно са светлошћу:

length scales smaller than the wavelength of light itself.

на таласној дужини која је мања од таласне дужине светлости.

Using insights from this field,

Увидом у нанофотонику,

known as nanophotonics or metamaterials research,

то јест у истраживање метаматеријала,

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

схватили смо да мора постојати начин да се ово постигне

for the first time.

по први пут, дању.

To do this, I designed a multilayer optical material

Зато сам дизајнирао вишеслојни оптички материјал

shown here in a microscope image.

који је на овој микроскопској слици.

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

Тањи је од људске длаке 40 пута.

And it's able to do two things simultaneously.

Може да уради две ствари истовремено.

First, it sends its heat out

Прво, пропушта топлоту

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

баш тамо, где атмосфера најбоље пропушта топлоту.

We targeted the window to space.

Усмерили смо га на прозор за свемир.

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

Друго, не загрева се на сунцу.

It's a very good mirror to sunlight.

Врло добро рефлектује сунчеву светлост.

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

Први пут сам га тестирао на крову Станфорда,

that I'm showing you right here.

ево, видите.

I left the device out for a little while,

На кратко сам оставио уређај,

and I walked up to it after a few minutes,

а кад сам се после неколико минута вратио,

and within seconds, I knew it was working.

одмах сам схватио да ради.

How?

Како?

I touched it, and it felt cold.

Пипнуо сам га и био је хладан.

(Applause)

(Аплауз)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Нагласио бих колико је ово чудно и нелогично,

this material and others like it

јер материјали слични овом

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

биће још хладнији када их извадимо из сенке,

even though the sun is shining on it.

без обзира што их обасјава сунце.

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

Ево податка од првог експеримента,

where that material stayed more than five degrees Celsius,

где је материјал остао 5 °C хладнији,

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

или 9 °F, него температура ваздуха,

even though the sun was shining directly on it.

иако је био изложен сунцу директно.

The manufacturing method we used to actually make this material

Производна технологија материјала

already exists at large volume scales.

већ увелико постоји.

So I was really excited,

Заиста сам био узбуђен,

because not only do we make something cool,

не само зато што смо направили нешто кул,

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

већ зато што имамо могућности да урадимо нешто стварно и корисно.

That brings me to the next big question.

То ме доводи до следећег питања:

How do you actually save energy with this idea?

како може да се уштеди енергија овом идејом?

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

Мислимо да је најдиректнији начин

is as an efficiency boost

повећањем ефикасности клима уређаја

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

и расхладних система.

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

Зато смо створили течне расхладне панеле

like the ones shown right here.

као ове овде.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Имају исти облик као соларни грејачи воде,

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

осим што раде супротно: пасивно хладе воду

using our specialized material.

користећи наш специјализовани материјал.

These panels can then be integrated with a component

Панели могу бити уграђени са кондензатирима,

almost every cooling system has, called a condenser,

што скоро сваки расхладни систем има,

to improve the system's underlying efficiency.

да побољшају основну ефикасност система.

Our start-up, SkyCool Systems,

Наша стартап фирма, Скајкул Системс,

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

недавно је завршила пробу на терену у Дејвису у Калифорнији, као што видите.

In that demonstration,

Том пробом смо показали

we showed that we could actually improve the efficiency

да можемо повећати ефикасност

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

расхладног система за 12 посто.

Over the next year or two,

Током следећих годину-две

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

једва чекам да се ово комерцијализује

in both the air conditioning and refrigeration space.

на пољу климатизације и расхладних уређаја.

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

У будућности могли бисмо уградити овакве панеле

with higher efficiency building cooling systems

у системе са већом ефикасношћу хлађења,

to reduce their energy usage by two-thirds.

да бисмо смањили потрошњу енергије за две трећине.

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

На крају, могли бисмо изградити расхладне системе

that requires no electricity input at all.

који уопште не би користили струју.

As a first step towards that,

Као прве кораке ка томе,

my colleagues at Stanford and I

моје колеге са Станфорда и ја

have shown that you could actually maintain

показали смо да можете нешто одржати

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

на 42 °C испод температуре ваздуха,

with better engineering.

са бољим техничким решењима.

Thank you.

Хвала лепо.

(Applause)

(Аплауз)

So just imagine that --

Замислите само

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

да је нешто испод тачке замрзавања у врелом, летњем дану.

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

Веома сам усхићен свиме што можемо чинити за расхлађивање,

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

мислим да још много тога има да се уради,

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

а као научника вуче ме још дубља могућност

that I believe this work highlights.

онога, што мој рад истиче.

We can use the cold darkness of space

Можемо искористити хладну таму свемира

to improve the efficiency

да бисмо побољшали ефикасност

of every energy-related process here on earth.

сваког енергетског процеса на земљи.

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

Један такав процес који бих истакао су соларне ћелије.

They heat up under the sun

Загревају се на сунцу

and become less efficient the hotter they are.

и што су врелије, све су мање ефикасне.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

2015. смо показали да одређеним микроструктурама

on top of a solar cell,

на површини ћелија

we could take better advantage of this cooling effect

можемо боље искористити ефекат хлађења,

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

да бисмо одржали ћелију пасивном на нижој температури.

This allows the cell to operate more efficiently.

То омогућава ћелији ефикаснији рад.

We're probing these kinds of opportunities further.

И надаље испробавамо ове могућности.

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

Питамо се, може ли се употребити хладноћа из свемира

to help us with water conservation.

у очувању водених ресурса.

Or perhaps with off-grid scenarios.

Или за производњу енергије независно од мреже.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Можда можемо директно произвести струју помоћу ове хладноће.

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

Велика је разлика у температури

and the cold of space.

између земље и свемира.

That difference, at least conceptually,

Та разлика, макар идејно,

could be used to drive something called a heat engine

могла би покретати неку грејну машину

to generate electricity.

за производњу струје.

Could we then make a nighttime power-generation device

Да ли бисмо могли онда направити уређај за прозводњу енергије

that generates useful amounts of electricity

који би производио струју ноћу,

when solar cells don't work?

када соларне ћелије не раде?

Could we generate light from darkness?

Можемо ли произвести светлост из таме?

Central to this ability is being able to manage

Централно питање је управљање

the thermal radiation that's all around us.

термалном радијацијом која нас окружује.

We're constantly bathed in infrared light;

Непрестано се купамо у инфрацрвеној светлости.

if we could bend it to our will,

Ако бисмо је потчинили нашој вољи,

we could profoundly change the flows of heat and energy

могли бисмо из основа променити ток топлоте и енергије

that permeate around us every single day.

која се прожима око нас свакодневно.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Ова способност, удружена са хладном тамом свемира,

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

показује нам будућност где бисмо, као цивилизација, управљали

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

нашим енергетским отиском интелигентније,

at the very largest scales.

на највишем нивоу.

As we confront climate change,

Пошто се суочавамо са климатским променама,

I believe having this ability in our toolkit

верујем да ће се показати

will prove to be essential.

да ће то бити наше најбитније оруђе.

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

Следећи пут, док се шетате напољу,

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

дивите се сунцу, колико је оно суштинско за живот на земљи,

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

али не заборавите да и остатак неба има нешто да нам понуди.

Thank you.

Хвала.

(Applause)

(Аплауз)