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

Çeviri: seda şenocak Gözden geçirme: Figen Ergürbüz

Every summer when I was growing up,

Büyürken her yaz,

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

yaşadığım yer olan Kanada'dan büyüklerimi ziyaret etmek için

who lived in Mumbai, India.

Mumbai, Hindistan'a uçardım.

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

Şimdi, yazları Kanada havası oldukça ılımandır,

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

22 santigrat derece ya da 72 fahrenheit,

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

tipik bir yaz günüdür ve fazla sıcak da değildir.

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

Diğer yandan, Mumbai sıcak ve nemlidir.

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

30 santigrat derece ya da 90 fahrenheit civarı.

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

Varır varmaz şunu sorardım;

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

bu havada insan nasıl yaşayabilir, çalışabilir ya da uyuyabilir ki?

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

İşin daha da kötüsü, büyükannemlerin kliması yoktu.

And while I tried my very, very best,

Ne kadar denersem deneyeyim,

I was never able to persuade them to get one.

onları asla bir klima almaya ikna edemedim.

But this is changing, and fast.

Ama bu değişiyor ve üstelik hızlı bir şekilde.

Cooling systems today collectively account for 17 percent

Soğutma sistemleri, günümüzde harcadığımız elektriğin

of the electricity we use worldwide.

%17'lik kısmına denk geliyor.

This includes everything from the air conditioners

Bu yaz tatillerimde umutsuzca istediğim

I so desperately wanted during my summer vacations,

klimaların hepsini içeriyor,

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

yiyeceklerimizi soğuk ve güvenli tutan soğutuculardan

in our supermarkets,

süpermarketlerimizden

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

veri merkezlerimizi çalışır hâlde tutan endüstriyel ölçekli sistemlere.

Collectively, these systems account for eight percent

Bu sistemler, küresel sera gazı emisyonunun

of global greenhouse gas emissions.

%8'lik kısmını oluşturuyor.

But what keeps me up at night

Ama benim uykularımı kaçıran şey

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

soğutma için kullandığımız enerjinin 2050 yılında altı katına çıkması,

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

öncelikli olarak da Asya ve Afrika'da kullanımın artmasıyla.

I've seen this firsthand.

İlk elden gördüm.

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

Büyükannemlerin evinin civarında

now has an air conditioner.

neredeyse her evde soğutma sistemi var.

And that is, emphatically, a good thing

Ve empati yapacak olursak

for the health, well-being and productivity

sıcak iklimlerde yaşayan insanların sağlığı,

of people living in warmer climates.

refahı ve verimliliği için iyi bir şey.

However, one of the most alarming things about climate change

İklim değişikliğiyle ilgili en endişe verici şey;

is that the warmer our planet gets,

gezegenimiz ısındıkça

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

daha fazla soğutma sistemine ihtiyaç duymamız--

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

kendileri de büyük sera gazı emisyonları yayan sistemler.

This then has the potential to cause a feedback loop,

Bu, soğutma sistemlerinin tek başına bu yüzyılın en büyük

where cooling systems alone

sera gazı kaynaklarımızdan

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

biri olabileceği bir dönüt döngüsüne

neden olma potansiyeline sahiptir.

later this century.

In the worst case,

En kötü senaryoda,

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

her yıl 10 trilyon kilovat saatten fazla elektrik ihtiyacımız olabilir,

just for cooling, by the year 2100.

üstelik bu 2100 yılında sadece soğutma için gerekli.

That's half our electricity supply today.

Bu şu anki elektrik arzımızın yarısı.

Just for cooling.

Sadece soğutma için.

But this also point us to an amazing opportunity.

Ama bu aynı zamanda bize çok önemli bir fırsatı da gösteriyor.

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

Her soğutma sisteminin verimliliğindeki, %10-20'lik iyileştirme,

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

sera gazı emisyonunda oldukça büyük bir etki yaratabilir,

both today and later this century.

bu hem bugün hem de gelecek yüzyıllar için geçerli.

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

Ve bu en kötü durum geri bildirimini engellememize yardımcı olabilir.

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

Işık ve ısıya fazla kafa yoran bir bilim adamıyım.

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

Özellikle, bir zamanlar imkânsız olarak düşündüğümüz şekillerde,

of these basic elements of nature

yeni materyallerin doğanın

in ways we might have once thought impossible.

bu temel unsurlarını değiştirmemize nasıl izin verdiğiyle ilgili.

So, while I always understood the value of cooling

Yaz tatilimde soğutmanın değerini anlarken

during my summer vacations,

bir yandan da aslında

I actually wound up working on this problem

bu problem üzerinde çalışıyordum,

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

çünkü altı yıl önce bir bulmacayla karşılaştım.

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

Eski zamanlarda insanlar çöl ikliminde nasıl buz yapabiliyordu?

This is a picture of an ice house,

Bu bir buz deposunun fotoğrafı, İran'ın güneybatısından.

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

Yakhchal olarak da adlandırılır

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

İran boyunca, bu tür yapıların düzinelerce kalıntıları var.

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

Üstelik Ortadoğu'nun geri kalanında ve Çin'e kadar tüm yollarda

and all the way to China.

benzer kalıntılar var.

The people who operated this ice house many centuries ago,

Yüzyıllar önce bu buz deposunu yapan insanlar,

would pour water in the pool you see on the left

solda gördüğünüz havuza

in the early evening hours, as the sun set.

günün erken saatlerinde su taşırdı.

And then something amazing happened.

Daha sonra inanılmaz bir şey oldu.

Even though the air temperature might be above freezing,

Hava donma derecesinden yüksek olsa da

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

örneğin 5 santigrat derece ya da 41 fahrenheit,

the water would freeze.

su donardı.

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

Oluşan buz sabahın erken saatlerinde toplanıp,

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

sağda gördüğünüz binada kullanılmak üzere saklanır

all the way through the summer months.

ve bu tüm yaz ayı boyunca yapılır.

You've actually likely seen something very similar at play

Hava sıcaklığının çok yüksek olduğu durumlarda bile,

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

açık bir gecede zeminde donu fark ettiyseniz,

even when the air temperature is well above freezing.

çok benzer bir şey görmüşsünüzdür.

But wait.

Ama bekleyin.

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

Hava donma derecesinin üzerindeyse su nasıl dondu?

Evaporation could have played an effect,

Buharlaşma bir etken olabilir

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

ama bu suyun buza dönüşmesi için yeterli değil.

Something else must have cooled it down.

Bunu başka bir şey soğutmuş olmalı.

Think about a pie cooling on a window sill.

Pencere pervazında soğumaya bırakılmış bir turta düşünün.

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

Soğuyabilmesi için, ısısının daha serin bir yere akması gerekir.

Namely, the air that surrounds it.

Yani onu çevreleyen havanın.

As implausible as it may sound,

İnanılması güç gibi gelse de

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

bu su havuzu için ısı aslında, uzayın soğukluğuna akıyor.

How is this possible?

Bu nasıl mümkün olabilir?

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

Bu su havuzu çoğu doğal materyal gibi

sends out its heat as light.

ısısını ışık olarak yayar.

This is a concept known as thermal radiation.

Bu termal radyasyon olarak bilinir.

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

Aslında hepimiz ısımızı birbirimize ve etrafımıza kızıl ötesi ışın olarak

to each other and our surroundings.

gönderiyoruz.

We can actually visualize this with thermal cameras

Aslında termal kameralarla bunu gözlemliyoruz

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

ve şu an size gösterdiklerim gibi fotoğraflar elde ediyoruz.

So that pool of water is sending out its heat

Yani bu su havuzu ısısını

upward towards the atmosphere.

atmosfere doğru gönderiyor.

The atmosphere and the molecules in it

Atmosfer ve içindeki moleküller

absorb some of that heat and send it back.

bu ısının bir kısmını emiyor ve geri gönderiyor.

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

İklim değişikliğinden sorumlu sera gazının sebebi de bu.

But here's the critical thing to understand.

Ama anlamamız gereken esas şey şu:

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

Atmosferimiz, bu ısının hepsini emmiyor.

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

Eğer yapsaydı, çok daha sıcak bir gezegenimiz olurdu.

At certain wavelengths,

Bazı dalga boylarında,

in particular between eight and 13 microns,

özellikle 8 ve 13 mikron arası,

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

atmosferimiz iletim penceresi görevi görür.

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

Bu pencere ısının bir bölümünün kızılötesi olarak

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

havuzun ısısından taşınmasını sağlar.

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

Ve çok daha soğuk bir yere taşınır.

The cold of this upper atmosphere

Bu üst atmosferin soğuğu ve

and all the way out to outer space,

eksi 270 santigrat derece

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

veya eksi 454 derece Fahrenheit

or minus 454 degrees Fahrenheit.

kadar soğuk olabilen dış uzaya kadar.

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

Yani bu havuz gökyüzünün yere geri gönderdiğinden

than the sky sends back to it.

daha fazla ısıyı gökyüzüne gönderiyor.

And because of that,

Ve işte bu yüzden,

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

havuz çevrenin sıcaklığı altında soğumaktadır.

This is an effect known as night-sky cooling

Bu etki gece serinliği ya da

or radiative cooling.

radyasyonel soğuma olarak bilinir.

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

Ve bu iklim bilimciler ve meteorolojistler

as a very important natural phenomenon.

tarafından doğal bir fenomen olarak kabul görür.

When I came across all of this,

Tüm bunlarla karşılaştığımda,

it was towards the end of my PhD at Stanford.

Stanford'daki doktoramın sonlarına yaklaşmıştım.

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

Ve bir soğutma metodu olarak basitliği karşısında hayrete düşmüş

yet really puzzled.

ve oldukça şaşırmıştım.

Why aren't we making use of this?

Peki bizler neden bundan yararlanmıyoruz?

Now, scientists and engineers had investigated this idea

Bilim insanları ve mühendisler, bu fikri geçtiğimiz

in previous decades.

on yılda inceledi.

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

Ama son bir büyük problem ortaya çıkmış.

It was called night-sky cooling for a reason.

Buna gökyüzü soğutması adının verilmesinin bir nedeni var.

Why?

Peki neden?

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

Güneş denilen küçük bir şey.

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

Soğutmayı yapan yüzeyin

it needs to be able to face the sky.

gökyüzüne dönük olması gerekir.

And during the middle of the day,

Ve günün ortasında

when we might want something cold the most,

soğuk bir şeyi en çok istediğimiz zamanda,

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

maalesef, bu güneşe bakacaksınız demektir.

And the sun heats most materials up

Ve güneş çoğu materyali bu soğutma

enough to completely counteract this cooling effect.

etkisini kaybedecek şekilde ısıtır.

My colleagues and I spend a lot of our time

İş arkadaşlarım ve ben zamanımızın çoğunu

thinking about how we can structure materials

materyalleri çok küçük ölçeklerde nasıl boyutlandıracağımız

at very small length scales

ve ışığın dalga boyundan daha küçük

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

ışık-uzunluk ölçekleriyle yeni ve kullanışlı şeyler

length scales smaller than the wavelength of light itself.

yapacağımız üzerinde düşünerek geçiriyoruz.

Using insights from this field,

Bu alandaki bilgileri kullanarak

known as nanophotonics or metamaterials research,

nanofotonik bilimi ya da metamateryal araştırması olarak bilinir,

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

bunu gün içerisinde kullanmanın bir yolu olabileceğini

for the first time.

ilk defa keşfettik.

To do this, I designed a multilayer optical material

Bunu yapmak için burada mikroskobik görüntüsü olan

shown here in a microscope image.

çok katlı bir optik materyal tasarladım.

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

Bu insan saçından 40 kat daha ince.

And it's able to do two things simultaneously.

Ve aynı anda iki şeyi yapabilir.

First, it sends its heat out

İlk, ısıyı atmosferimizin göndermeye

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

izin verdiği en iyi yere gönderir.

We targeted the window to space.

Uzaya bir pencere hedefledik.

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

İkincisiyse, güneşten ısı alır.

It's a very good mirror to sunlight.

Güneş ışığını yansıtmak için çok iyi bir aracı.

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

Bunu ilk test ettiğimde size burada gösterdiğim gibi

that I'm showing you right here.

Stanford'da çatı katındaydım.

I left the device out for a little while,

Cihazı bir süreliğine bıraktım

and I walked up to it after a few minutes,

ve birkaç dakika ona doğru yürüdükten sonra

and within seconds, I knew it was working.

birkaç saniye içinde çalıştığını biliyordum.

How?

Peki nasıl?

I touched it, and it felt cold.

Dokundum ve soğuğu hissettim.

(Applause)

(Alkışlar)

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

Bunun ne kadar tuhaf ve mantıksız olduğunu anlamanız için şuna bakın,

this material and others like it

bu ve bunun gibi materyaller

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

gölgeden alındıklarında daha da soğur

even though the sun is shining on it.

hatta güneş ışığına maruz kalsalar bile.

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

Size ilk deneylerimizden bir veri gösteriyorum,

where that material stayed more than five degrees Celsius,

burada materyal 5 dereceden fazla bir ısıya maruz kalıyor

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

ya da hava sıcaklığından 9 fahrenheit daha soğuk

even though the sun was shining directly on it.

ve güneş ışığı üzerine vuruyor.

The manufacturing method we used to actually make this material

Bu materyali yapmak için kullandığımız üretim metodu,

already exists at large volume scales.

büyük hacimli ölçeklerde hâlihazırda var.

So I was really excited,

Oldukça heyecanlıydım,

because not only do we make something cool,

sadece çok havalı bir şey yaptığımız için değil

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

aynı zamanda gerçek ve işe yarar bir şey yapma fırsatı da elde etmiştik.

That brings me to the next big question.

Bu beni bir sonraki büyük soruya götürdü.

How do you actually save energy with this idea?

Bu fikirle nasıl enerji tasarrufu yaparız?

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

Bu teknolojiyle enerji tasarrufu yapmanın en direkt

is as an efficiency boost

yolunun bugünkü havalandırma

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

ve soğutma sistemlerinin etkinliğini artırmak olduğuna inanıyoruz.

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

Bunu yapmak için burada gördüğünüz gibi

like the ones shown right here.

sıvı soğutma panelleri yaptık.

These panels have a similar shape to solar water heaters,

Bu paneller güneş enerjili su ısıtıcısına benzer şekilde

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

ama işlevleri tam tersi, suyu soğutmak için varlar,

using our specialized material.

bunu da bizim özel materyalimizle yapıyorlar.

These panels can then be integrated with a component

Bu paneller her soğutma sisteminde bulunan

almost every cooling system has, called a condenser,

kondansatör ile birleştirilip

to improve the system's underlying efficiency.

sistemin altında yatan verimliliği artırabilir.

Our start-up, SkyCool Systems,

Bizim başlangıcımız, SkyCool Sistemleri

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

burada gösterdiğim Kaliforniya, Davis'de saha denemelerini tamamladı.

In that demonstration,

Bunu kanıtlayarak

we showed that we could actually improve the efficiency

gerçekten de bu soğutma sisteminin verimliliğini

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

%12 kadar geliştirebileceğimizi gösterdik.

Over the next year or two,

Gelecek 1 ya da 2 yıl boyunca,

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

ilk ticari ölçekli denemelerini hem iklimlendirme

in both the air conditioning and refrigeration space.

hem de soğutma alanında görmeyi heyecanla bekliyorum.

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

Gelecekte, bu tip panelleri

with higher efficiency building cooling systems

daha verimli soğutma sistemleriyle birleştirerek

to reduce their energy usage by two-thirds.

enerji tüketimini üçte iki oranında azaltabiliriz.

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

Sonuç olarak, elektrik gerektirmeyen

that requires no electricity input at all.

bir soğutma sistemi inşa edebiliriz.

As a first step towards that,

Bunun için ilk adım olarak,

my colleagues at Stanford and I

Stanford'daki arkadaşlarım ve ben

have shown that you could actually maintain

daha iyi bir müdendislikle

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

eksi 42 santigrat dereceden fazlasında bunu

with better engineering.

yapabileceğimizi gösterdik.

Thank you.

Teşekkürler.

(Applause)

(Alkışlar)

So just imagine that --

Şunu bir hayal edin...

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

Sıcak bir yaz gününde donma derecesinin altında bir şey.

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

Soğutma için yapabileceğimiz şeylerle ilgili çok heyecanlıyım

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

ve hâlâ yapılması gereken çok şey olduğunu düşünüyorum,

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

bir bilim insanı olarak, bu çalışmanın öne çıkardığına inandığım

that I believe this work highlights.

büyük bir fırsata yöneldim.

We can use the cold darkness of space

Uzayın soğuk karanlığını kullanarak

to improve the efficiency

dünyada her enerji bağımlı sürecin

of every energy-related process here on earth.

verimliliğini artırabiliriz.

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

Vurgulamak istediğim süreçlerden birisi güneş pilleri.

They heat up under the sun

Güneşin altında ısınıyor

and become less efficient the hotter they are.

ve ne kadar ısınırlarsa o kadar verimsiz hâle geliyorlar.

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

2015'de, bir güneş pilinin üzerindeki mikroyapı çeşitleri

on top of a solar cell,

üzerinde yaptığımız çalışmalarda

we could take better advantage of this cooling effect

bir güneş pilini daha düşük sıcaklıkta tutmak için

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

bu soğutma etkisinden daha iyi yararlanabileceğimizi gösterdik.

This allows the cell to operate more efficiently.

Bu, pilin daha verimli çalışmasını sağlıyor.

We're probing these kinds of opportunities further.

Bu tür fırsatları daha fazla irdeliyoruz.

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

Su muhafazası için uzayın soğukluğunu

to help us with water conservation.

kullanıp kullanamayacağımızı sorguluyoruz.

Or perhaps with off-grid scenarios.

Ya da şebekeden bağımsız senaryolar için.

Perhaps we could even directly generate power with this cold.

Belki de bu soğuğu güç üretmek için bile kullanabiliriz.

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

Dünya ile uzaydaki soğuk arasında

and the cold of space.

büyük bir sıcaklık farkı var.

That difference, at least conceptually,

Bu farklılık, kavramsal olarak,

could be used to drive something called a heat engine

elektrik üretmek için ısı makinesi denilen

to generate electricity.

bir şeyi kullanmayı sağlayabilir.

Could we then make a nighttime power-generation device

Güneş pilleri çalışmadığı zaman

that generates useful amounts of electricity

işe yarar miktarda elektrik üreten gece çalışan

when solar cells don't work?

bir enerji üretim cihazı yapabilir miyiz?

Could we generate light from darkness?

Karanlıktan ışık elde edebilir miyiz?

Central to this ability is being able to manage

Bu yeteneğin merkezinde

the thermal radiation that's all around us.

etrafımızı saran termal radyasyonu kontrol edebilmek yatıyor.

We're constantly bathed in infrared light;

Sürekli kızılötesi ışığa maruz kalırız;

if we could bend it to our will,

bunu kendi lehimize çevirebilirsek

we could profoundly change the flows of heat and energy

her gün etrafımıza sızan ısı ve enerjinin

that permeate around us every single day.

akışını derinden değiştirebilirdik.

This ability, coupled with the cold darkness of space,

Bu yetenek, uzayın soğuk karanlığıyla birleştiğinde,

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

bize geleceği gösteriyor;

might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint

bir medeniyet olarak termal ayak izimizi

at the very largest scales.

büyük ölçüde daha iyi yönetebiliriz.

As we confront climate change,

İklim değişikliğine karşı koyarken,

I believe having this ability in our toolkit

will prove to be essential.

önemli olduğunu ispatlayacağına inanıyorum.

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

Bir dahaki sefere sokakta yürürken

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

evet, güneşin yeryüzünde yaşam için nasıl gerekli olduğuna hayret edin,

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

Thank you.

Teşekkürler.

(Applause)

(Alkışlar)