🔍
How we can turn the cold of outer space into a renewable resource | Aaswath Raman - YouTube
Channel: unknown
[0]
Vertaald door: Rik Delaet
Nagekeken door: Axel Saffran
[13]
Toen ik opgroeide, vloog ik elke zomer
[15]
van mijn thuis in Canada
naar mijn grootouders
[19]
in Mumbai, India.
[21]
Nu zijn Canadese zomers
in het beste geval vrij mild --
[24]
ongeveer 22°C of 72°F
[28]
is een typische zomerdag –-
en niet te warm.
[31]
Mumbai is daarentegen
een warme en vochtige plaats
[34]
met temperaturen boven de 30°C of 90°F.
[38]
Zodra ik aankwam, vroeg ik:
[39]
"Hoe kan iemand wonen, werken
of slapen in een dergelijke weer?"
[45]
En dan hadden mijn grootouders
niet eens een airconditioner.
[49]
Hoe ik ook mijn best deed,
[52]
ik kon hen nooit overtuigen
om er een aan te schaffen.
[56]
Maar dit is aan het veranderen, en snel.
[59]
Koelsystemen verbruiken
vandaag gezamenlijk
[64]
wereldwijd 17% van alle elektriciteit.
[66]
Dit omvat alles: van de airconditioners
[69]
die ik zo graag wilde
tijdens mijn zomervakanties,
[71]
tot de koelsystemen om ons voedsel
veilig en koud te houden
[75]
in onze supermarkten
[76]
en de grootschalige systemen die
onze datacenters aan de gang houden.
[81]
Samen zijn deze systemen goed voor 8%
[85]
van de wereldwijde uitstoot
van broeikasgassen.
[87]
Waar ik niet van slaap, is dat tegen 2050
[90]
ons energieverbruik voor koeling
zes maal groter zou kunnen worden,
[94]
voornamelijk door een intensiever gebruik
in Aziatische en Afrikaanse landen.
[99]
Ik heb dit met eigen ogen gezien.
[101]
Bijna elk appartement
in de buurt van mijn oma
[104]
heeft nu een airconditioner.
[106]
En dat is vooral een goede zaak
[109]
voor gezondheid, welzijn en productiviteit
[112]
van mensen die in warmere klimaten wonen.
[115]
Een van de meest verontrustende dingen
over de klimaatwijziging is echter
[119]
dat naarmate onze planeet warmer wordt,
[122]
we meer koelsystemen
gaan nodig hebben --
[124]
systemen die zelf grote
uitstoters van broeikasgassen zijn.
[129]
Dat kan een terugkoppeling veroorzaken
[132]
waardoor koelsystemen alleen al
[134]
een van onze grootste bronnen
van broeikasgassen kunnen worden
[137]
later deze eeuw.
[138]
In het ergste geval hebben we
[140]
wellicht jaarlijks meer dan 10 biljoen
kilowattuur elektriciteit nodig.
[143]
Alleen voor koeling, tegen het jaar 2100.
[146]
Dat is de helft van onze
elektriciteitsvoorziening vandaag.
[150]
Alleen voor koeling.
[152]
Maar dit wijst ook op een geweldige kans.
[157]
Een 10 of 20% verbetering van
de efficiëntie van elk koelsysteem
[162]
kan een enorme impact hebben
op onze uitstoot van broeikasgassen,
[165]
zowel vandaag als later deze eeuw.
[170]
We zouden die terugkoppelingslus
van het ergste geval kunnen vermijden.
[174]
Als wetenschapper denk ik veel na
over licht en warmte.
[178]
Vooral over hoe we
met nieuwe materialen
[180]
de stroom van deze basiselementen
van de natuur kunnen wijzigen
[184]
op manieren die we misschien
ooit onmogelijk achtten.
[187]
Ofschoon de waarde van koeling
me al duidelijk was
[189]
sinds mijn zomervakanties,
[191]
begon ik me met dit probleem
bezig te houden
[194]
vanwege een intellectueel raadsel waar
ik ongeveer zes jaar geleden op stuitte.
[199]
Hoe konden oude volkeren ijs
maken in een woestijnklimaat?
[205]
Dit is een foto van een ijshuis,
[208]
of een ‘yakhchal’,
in het zuidwesten van Iran.
[213]
Er zijn tientallen ruïnes
van dergelijke structuren in heel Iran,
[216]
met sporen van soortgelijke bouwwerken
in de rest van het Midden-Oosten,
[220]
helemaal tot in China.
[222]
De mensen die vele eeuwen geleden
dit ijshuis in gebruik hadden,
[225]
goten water in het bekken
-- dat je daar links ziet --
[228]
in de vroege avonduren
bij zonsondergang.
[231]
En dan gebeurde er iets verbazends.
[233]
Hoewel de temperatuur van de lucht
boven het vriespunt kon zijn,
[237]
misschien wel 5°C of 41°F,
[239]
bevroor het water toch.
[242]
Het gevormde ijs werd dan verzameld
in de vroege ochtenduren
[246]
en voor gebruik opgeslagen
in het gebouw daar rechts,
[249]
de hele zomer lang.
[252]
Je hebt eigenlijk waarschijnlijk
al iets vergelijkbaars gezien
[255]
bij rijmvorming na een heldere nacht,
[257]
zelfs bij een luchttemperatuur
boven het vriespunt.
[261]
Maar wacht.
[262]
Hoe kan water bevriezen
boven het vriespunt?
[266]
Verdamping kan een rol spelen,
[268]
maar dat is niet genoeg om water
tot ijs te laten bevriezen.
[272]
Iets anders moet het hebben afgekoeld.
[274]
Denk aan een taart
die afkoelt op een vensterbank.
[277]
Om af te koelen, moet haar warmte
naar een koelere plaats kunnen stromen.
[281]
In dit geval naar de omringende lucht.
[284]
Hoe ongeloofwaardig het ook mag klinken,
[286]
voor dat bekken met water gaat die warmte
in feite naar de koude van de ruimte.
[294]
Hoe kan dat?
[296]
Dat bekken water stuurt, zoals
de meeste natuurlijke materialen,
[300]
zijn warmte uit als licht.
[302]
Dat heet thermische straling.
[305]
In feite stralen we allemaal onze warmte
uit als infrarood licht,
[310]
naar elkaar en naar onze omgeving.
[312]
We kunnen dit met thermische
camera's visualiseren.
[315]
Ze produceren beelden
zoals ik jullie nu toon.
[318]
Die plas water straalt
zijn warmte de atmosfeer in.
[323]
De atmosfeer en de moleculen erin
[325]
absorberen een deel van die warmte
en sturen die terug.
[328]
Dat is in feite het broeikaseffect,
verantwoordelijk voor de klimaatopwarming.
[332]
Maar wat nu komt, is van cruciaal
belang om te begrijpen.
[335]
Onze atmosfeer absorbeert
niet al die warmte.
[338]
Als dat zo was, zouden we op
een veel warmere planeet leven.
[341]
Bij bepaalde golflengten,
[343]
vooral tussen 8 en 13 micrometer, heeft
[346]
onze atmosfeer een transmissie-venster.
[351]
Dit venster laat een deel van de warmte
die opstijgt als infrarood licht
[356]
daadwerkelijk ontsnappen, waardoor
de warmte van dat bekken afneemt.
[360]
Ze verdwijnt naar
een veel, veel koudere plaats.
[365]
In de bovenste atmosfeer,
[367]
en in de ruimte al helemaal,
[369]
kan het -270°C of -454°F zijn.
[377]
Daardoor kan de plas water meer warmte
naar de hemel uitstralen
[380]
dan dat de hemel terugstuurt.
[382]
En daardoor zal het bekken afkoelen
tot onder de omgevingstemperatuur.
[388]
Dit effect staat bekend
als nachthemelkoeling
[391]
of stralingskoeling.
[393]
Klimaatwetenschappers en
meteorologen kennen het al lang
[396]
als een zeer belangrijk
natuurverschijnsel.
[400]
Dit kwam ik te weten
[402]
tegen het einde van
mijn doctoraat in Stanford.
[405]
Ik stond versteld van de schijnbare
eenvoud van deze koelmethode,
[409]
maar was ook in verwarring.
[411]
Waarom maken wij er geen gebruik van?
[414]
Wetenschappers en ingenieurs
hadden dit idee wel onderzocht
[417]
in voorgaande decennia.
[418]
Maar er bleek ten minste
één groot probleem te zijn.
[422]
Er was een reden dat het
nachtelijke koeling heette.
[426]
Waarom?
[427]
Er is daar dat dingetje
dat we de zon heten.
[430]
Om een oppervlak af te koelen,
[432]
moet het naar de hemel gericht zijn.
[434]
En in de loop van de dag,
[436]
wanneer we het meest
naar koude verlangen,
[439]
staat daar helaas de zon.
[442]
En de zon warmt de meeste materialen
[444]
genoeg op om dit koelend effect
volledig teniet te doen.
[448]
Mijn collega's en ik
hebben lang nagedacht
[450]
over hoe we materialen
kunnen structureren
[452]
bij zeer kleine lengteschalen
[454]
zodat ze nieuwe en nuttige dingen
met licht kunnen doen --
[457]
lengteschalen kleiner dan
de golflengte van het licht zelf.
[460]
Met behulp van inzichten op dit gebied,
[462]
bekend als nanophotonica
of metamaterialenonderzoek,
[464]
beseften we dat er wellicht een manier was
[467]
om dit voor het eerst
overdag mogelijk te maken.
[469]
Om dit te doen, ontwierp ik
een meerlagig optisch materiaal
[472]
hier getoond op een microscoopbeeld.
[474]
Het is meer dan 40 keer dunner
dan een typische menselijke haar.
[478]
Het kan twee dingen tegelijk doen.
[481]
Ten eerste, warmte uitstralen
[483]
precies daar waar onze atmosfeer
die warmte het beste doorlaat.
[486]
We mikten op het venster naar de ruimte.
[489]
Het tweede is dat het niet makkelijk
wordt opgewarmd door de zon.
[492]
Het is een zeer goede
spiegel voor zonlicht.
[496]
De eerste keer testte ik dit
op een dak in Stanford.
[499]
Ik toon het hier.
[501]
Ik liet de opstelling een tijdje buiten
[503]
en toen ik er na een paar
minuten terug bij kwam,
[506]
wist ik gelijk dat het werkte.
[509]
Hoe?
[510]
Ik raakte het aan en het voelde koud aan.
[513]
(Applaus)
[518]
Gewoon om te benadrukken
hoe raar en contra-intuïtief dit is:
[522]
dit en andere soortgelijke materialen
[524]
worden kouder als we
ze uit de schaduw halen,
[527]
ook al valt er zonlicht op.
[529]
Ik toon jullie gegevens
van ons allereerste experiment,
[532]
waar dit materiaal meer dan 5°C of 9°F
[535]
kouder bleef dan de luchttemperatuur,
[538]
hoewel de zon er direct op scheen.
[542]
De productiemethode die we gebruikten
om dit materiaal te maken
[546]
bestaat al op grote schaal.
[548]
Ik was echt enthousiast,
[550]
want niet alleen maken we iets cools,
[553]
maar misschien hebben
we wel de mogelijkheid
[555]
om er echt iets mee te doen
en er iets bruikbaars van te maken.
[559]
Dat brengt me bij de volgende grote vraag:
[561]
hoe bespaar je nu energie met dit idee?
[563]
We geloven dat de meest directe manier om
energie te besparen met deze technologie
[567]
is door de efficiëntie te verhogen
[569]
van de huidige airconditioning-
en koelsystemen.
[572]
Daarvoor hebben we
vloeistof-koelpanelen gebouwd,
[575]
zoals die hier getoond.
[576]
Deze panelen zien eruit als zonneboilers,
[578]
maar ze doen het tegenovergestelde –-
ze koelen het water passief
[581]
door ons gespecialiseerde materiaal.
[584]
Deze panelen kunnen dan
samengaan met een component
[587]
die je in bijna elke koelsysteem
vindt, de condensor,
[589]
om de onderliggende efficiëntie
van het systeem te verbeteren.
[593]
Onze start-up, SkyCool Systems,
[595]
heeft onlangs een veldproef voltooid
in Davis, Californië, hier afgebeeld.
[599]
In deze demonstratie laten we zien
[601]
dat we de efficiëntie van dat koelsysteem
[604]
met maar liefst 12% kunnen verbeteren.
[607]
In de komende paar jaar
[608]
kijk ik echt uit naar de eerste
proefprojecten op commerciële schaal
[612]
voor zowel airconditioning
als voor koeling.
[616]
In de toekomst kunnen we misschien
dit soort panelen integreren
[619]
met meer efficiënte
koelsystemen voor gebouwen
[623]
om hun energieverbruik
met tweederde te verminderen.
[626]
En tenslotte gaan we misschien
een koelsysteem kunnen bouwen
[629]
dat helemaal geen
elektriciteit meer vereist.
[632]
Als eerste stap in die richting:
[634]
mijn collega's van Stanford en ik
[636]
hebben aangetoond dat je iets
[639]
op ruim 42°C onder de luchttemperatuur
kan houden met een betere techniek.
[644]
(Applaus)
Dank je.
[650]
Stel je eens voor --
[652]
iets onder het vriespunt
op een hete zomerdag.
[657]
Terwijl ik erg enthousiast ben over alles
wat we kunnen doen om te koelen,
[662]
en ik denk dat er nog
veel te doen overblijft,
[665]
ben ik als wetenschapper ook aangetrokken
tot een meer diepgaande kans
[669]
waar dit werk volgens mij naar wijst.
[671]
We kunnen de koude duisternis
van de ruimte gebruiken
[674]
om de efficiëntie te verbeteren
[676]
van ieder energie-gerelateerd
proces hier op aarde.
[681]
Een voorbeeld van zo'n proces dat ik
graag wil belichten zijn zonnecellen.
[684]
Ze warmen op onder de zon
[686]
en worden minder efficiënt
naarmate ze warmer zijn.
[689]
In 2015 hebben we aangetoond dat we
met aangepaste vormen van microstructuren
[693]
bovenop een zonnecel,
[694]
beter gebruik kunnen
maken van dit koeleffect,
[697]
zodat een zonnecel passief
op een lagere temperatuur blijft.
[701]
Hierdoor kan de cel efficiënter werken.
[704]
We testen dit soort
mogelijkheden verder uit.
[707]
We onderzoeken of we de koude
van de ruimte kunnen gebruiken
[710]
voor het beter omgaan met water.
[713]
Of misschien met
netonafhankelijke scenario's.
[715]
Misschien kunnen we zelfs rechtstreeks
energie opwekken met deze koude.
[720]
Er is een groot temperatuurverschil
tussen ons hier op aarde
[723]
en de koude van de ruimte.
[725]
Dat verschil kan, ten minste in principe,
[727]
worden gebruikt om een
warmtemachine aan te drijven
[729]
om elektriciteit te genereren.
[731]
Kunnen wij dan een nachtelijke
energiecentrale maken
[735]
die bruikbare hoeveelheden
elektriciteit genereert
[738]
wanneer de zonnecellen niet werken?
[739]
Kunnen we licht
maken van duisternis?
[743]
Centraal hierin staat dit vermogen
[748]
om de warmtestraling overal
om ons heen te beheren.
[751]
We baden voortdurend in infrarood licht.
[754]
Als we dat aan onze wil
konden onderwerpen,
[757]
konden we de stromen
van warmte en energie,
[759]
die ons elke dag doordringen,
fundamenteel veranderen.
[763]
Deze mogelijkheid, in combinatie
met de koude donkerte van het heelal,
[766]
wijst ons naar een toekomst
waarin wij als beschaving
[769]
onze thermische energie voetafdruk
intelligenter zouden kunnen beheren
[774]
tot zelfs op de allergrootste schalen.
[777]
Nu we geconfronteerd worden
met de klimaatverandering,
[780]
denk ik dat deze mogelijkheid
in onze gereedschapskist
[783]
essentieel zal blijken te zijn.
[785]
Als je nog eens buiten rondloopt,
[788]
verwonder je dan hoe de zon
essentieel is voor het leven op aarde,
[795]
maar vergeet niet dat de rest
van de hemel ons ook iets te bieden heeft.
[800]
Dank je.
[801]
(Applaus)
Most Recent Videos:
You can go back to the homepage right here: Homepage