021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

چطور می‌توانیم از سرمای فضا به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر استفاده کنیم

Aaswath Raman

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

What if we could use the cold darkness of outer space to cool buildings on earth? In this mind-blowing talk, physicist Aaswath Raman details the technology he's developing to harness "night-sky cooling" -- a natural phenomenon where infrared light escapes earth and heads to space, carrying heat along with it -- which could dramatically reduce the energy used by our cooling systems (and the pollution they cause). Learn more about how this approach could lead us towards a future where we intelligently tap into the energy of the universe.


تگ های مرتبط :

Science, Technology, Climate Change
وقتی بچه بودم هر تابستان، از خانه‌مان در کانادا، برای دیدن پدر و مادر بزرگم، به سمت بمبئی در هند پرواز می کردم. تابستان های کانادا در بهترین شرایط، نسبتا معتدل هست حدود ۲۲ درجه سلسیوس یا ۷۲ درجه فارانهایت دمای یک روز تابستانی معمول و نه چندان گرم است. بمبئی در عوض، گرم و مرطوب است، ۳۰ درجه سلسیوس یا ۹۰ درجه فارنهایت تا می‌رسیدم آن جا، می‌پرسیدم، «چه طور می‌شود کسی در این هوا زندگی و کار کند یا بخوابد؟» برای این که شرایط برتر شود، پدربزرگ و مادربزرگم دستگاه تهویه مطبوع نداشتند و حتی وقتی که خیلی تلاش می‌کردم، هیچ وقت نمی‌توانستم آنها را راضی کنم که یکی بخرند.
ولی امروزه اوضاع به سرعت در حال تغییر است. سیستم های سرمایشی به طور کلی ۱۷ درصد مصرف برق را در دنیا به خود اختصاص داده اند. که همه چیز را شامل می‌شود، از دستگاه تهویه مطبوع گرفته که چه عاجزانه در تعطیلات تابستان می‌خواستم، تا یخچال‌ها، که غذا را برایمان در مغازه تازه و خنک نگه می‌دارند. تا در مقیاس سیستم های صنعتی، که سرورهای اطلاعاتی ما را سرپا نگه می‌دارند. به طور کلی، همه این سیستم‌ها روی هم ۸ درصد گازهای گلخانه را منتشر می‌کنند. ولی چیزی که باعث می‌شود شبها بیدار بمانم این است که مصرف انرژی سرمایشی، ممکن است تا سال ۲۰۵۰ تا ۶ برابر افزایش بیابد،
بیشتر به خاطر افزایش استفاده آن در کشورهای آسیایی و آفریقایی. که به نظرم موضوع قابل توجهی است. تقریبا همه آپارتمان‌های اطراف خانه مادر بزرگم، در حال حاضر تهویه مطبوع دارند. و این به ناچار، نکته مثبتی است برای سلامتی، راحتی و بهره‌‌وری بهتر مردمی که در اقلیم‌های گرم‌تر زندگی می‌کنند. البته یکی از زنگ‌خطرهای تغییرات اقلیمی این است که هرچه زمین گرم‌تر شود، بیشتر به وسایل سرمایشی، نیاز پیدا خواهیم کرد -- دستگاه‌های که خود تولید کنندگان بزرگ گازهای گلخانه‌ای محسوب می‌شوند. این خود می‌تواند باعث ایجاد یک چرخه بازخوردی شود،
که سیستم‌های سرمایشی به تنهایی می‌توانند یکی از منابع بزرگ تولید گازهای گلخانه‌ای در قرن حاضر شوند. در بد ترین حالت، شاید بیش از ۱۰ تریلیون کیلووات ساعت در سال فقط برای سرمایش، تا سال ۲۱۰۰ به الکتریسیته نیاز داشته باشیم. که نصف، برق مورد استفاده فعلی است، که فقط برای سرمایش استفاده شود. ولی این خودش می‌تواند فرصت بی‌نظیری ایجاد کند. ۱۰ تا ۲۰ درصد افزایش بازده در دستگاه‌های سرمایشی معمول می‌تواند تاثیر بسزایی در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای چه امروز چه در قرن پیش رو داشته باشد. که می‌تواند چرخه بازگشت را، در آن بدترین حالت، تعدیل کند.
من یک دانشمند هستم که بسیار در زمینه نور و گرما فکر می کنم. مشخصا این که مواد جدید چه طور این اجازه را به ما می‌دهند که جریان این عناصر پایه طبیعت را تغییر دهیم به روشی که زمانی به نظرمان غیر ممکن می‌آمد. با وجود این که همیشه ارزش سرمایش را می‌دانستم، طی تعطیلات تابستانم، وقتی داشتم روی موضوعی کار می‌کردم واقعا گیج شدم مسئله عجیبی که حدود ۶ سال پیش به آن برخوردم. این که چه طور مردم باستان می‌توانستند در آب‌و‌هوای کویر‌ی یخ درست کنند؟ این تصویری از یک یخ‌دان است که به آن یخچال نیز می‌گویند و در جنوب غرب ایران واقع شده است. از این سازه‌های تخریب شده در ایران بسیار زیاد هست
و شواهدی بر وجود ساختمان‌هایی مشابه در آسیای میانه، و حتی در چین وجود دارد. مردمی که این یخ‌دان‌ها را، قرن‌ها پیش ابداع کردند آب را در این حوض‌ها، در ساعات اولیه روز در زمان طلوع خورشید می‌ریختند. و بعد، اتفاقی جالب می ‌افتاد. حتی، اگر چه ممکن بود، دمای هوا بالای صفر درجه باشد، مثلا ۵ درجه سلسیوس یا ۴۱ درجه فارنهایت، آب یخ می‌بست. یخ تولید شده بعدا در ساعات اولیه صبح جمع آوری و در ساختمانی که در سمت راست می‌بینید، طی کل ماه‌های تابستان، انباشته می‌شد. فکر کنم عملکری بسیار شبیه به این را دیده‌اید.
اگر تا به حال تشکیل شدن شبنم یخ‌زده در یک شب صاف دقت کرده باشید، حتی وقتی که دمای هوا بالای نقطه انجماد باشد،این اتفاق می‌افتد. ولی صبر کنید. چه طور آب در دمایی بالاتر از دمای انجماد یخ ببندد؟ تبخیر می‌تواند بسیار تاثیر‌گذار باشد، ولی این به تنهایی برای این که آب یخ بزند کافی نیست. چیز دیگری باید آن را خنک تر کرده باشد. کیکی را تصور کنید که لبه پنجره در حال خنک شدن است. برای این که بتواند سرد شود باید بتواند گرمای خود را به جایی خنک‌تر منتقل کند. مثلا، هوایی که آن را احاطه کرده. آن طور که غیر ممکن به نظر می‌رسد، گرمای آن استخر آب باید به فضا منتقل شود.
چه طور ممکن است؟ خب، آن حوض آب مانند خیلی از مواد طبیعی گرمای خود را به صورت نور متصاعد می‌کند. این مفهومی شناخته شده به نام تشعشع حرارتی است. در واقع، هم اکنون، ما گرمای خود را به صورت نور فروسرخ، به یکدیگر و اطرافمان منتشر می‌کنیم. می‌توانیم حرارت را با، دوربین‌های حرارتی آشکار کنیم و تصویری که تولید می‌کند مانند تصویری است که در حال حاضر نشان می‌دهم پس حوض آب دارد گرمای خود را به سمت اتمسفر می‌فرستد. اتمسفر و مولوکول‌های تشکیل دهنده آن مقداری از آن گرما را جذب و بقیه را بازتاب می کنند. که درواقع همان اثر گلخانه‌ای است‌ که دلیل تغییر اقلیم شده.
نکته اصلی که باید درک کنیم این است که اتمسفر ما تمام گرما را جذب نمی‌کند. اگر این طور بود، کره زمین خیلی از چیزی که هست گرم‌تر می‌شد. در واقع، در طول موجهای مشخص، بین ۸ تا ۱۳ میکرون، اتمسفر ما دارای قابلیتی به نام پنجره انتقال است. این پنجره اجازه می‌دهد که قسمتی از حرارت که به صورت نور فروسرخ بالا می‌رود، به صورت قابل توجهی از جو خارج شود و حرارت حوض را به فضایی بسیار خنک‌تر منتقل کند. سرمای لایه فوقانی اتمسفر، تا فضای بیرون از جو، که می‌تواند تا ۲۷۰- درجه سلسیوس سرد باشد یا ۴۵۴- درجه فارنهایت.
پس آن حوض آب می‌تواند مقدار گرمای بیشتری را به آسمان انتقال دهد تا مقداری که بخواهد از آسمان جذب کند‍‌. و به این خاطر، حوضچه پایین‌تراز دمای محیطش خنک می‌شود. دلیلش پدیده‌ای به نام سرمایش شبانه یا سرمایش تابشی است. که همیشه برای اقلیم‌شناسان و هواشناسان پدیده مهمی در طبیعت به شمار می‌رود. وقتی به این نتایج رسیدم، در مرحله نهایی مقطع دکترا‌ در استنفورد بودم. بسیار از ساز و کار ساده ولی درعین حال پیچیده آن به عنوان راهکار خنک کننده به وجد آمده بودم، پس چرا ما از آن استفاده نمی‌کنیم؟
دانشمندان و مهندسان جوانب این ایده را، در دهه‌های پیش بررسی کرده‌اند. ولی انگار حداقل یک مشکل اساسی وجود داشت. پدیده‌ای به نام سرمایش شبانه بی‌دلیل نامگذاری نشده. چرا؟ فقط به خاطر یک چیز کوچک، به نام حورشید. پس سطحی که کار سرد کردن را برعهده دارد، باید به سمت آسمان باشد. طی اواسط روز، که ممکن است بیش از پیش به چیز خنکی نیاز پیدا کنیم بدبختانه خورشید به ما چنین اجازه‌ای نمی‌دهد. خورشید دمای بیشتر مواد را افزایش می‌دهد به طوری که اثر سرمایش شبانه را خنثی و بی‌اثر می‌کند.
من و همکارانم زمان زیادی را صرف کرده‌ایم، که چه طور می‌توانیم موادی بسازیم که در مقیاس‌های بسیار کوچک که بتوانند کارهای جدید و به درد بخوری با نور خورشید انجام بدهند. ابعادی کوچک‌تر از طول موج نور، با فهمی که در زمینه نانو فوتونیک یا متامتریال‌ها به دست آوردیم، متوجه شدیدم که ممکن است راهی برای این که در طول روز سرمایش اتفاق بیفتد باشد. برای اولین بار. برای این کار من یک ماده نوری چند لایه طراحی کردم - در این تصویر میکروسکوپی به نمایش گذاشته شده- که ۴۰ برابر نازک‌تر از یک تار موی انسان است. که می‌تواند دو کار را به‌طور هم‌زمان انجام بدهد.
اولا گرما را به بیرون انتقال می‌دهد مشخصا اگر حرارت را جایی خارج از اتمسفر رها کند برای ما بهتراست. هدف ما پنجره انتقال بود. دومین کاری که می‌کند این است که توسط خورشید گرم‌تر نمی‌شود. آیینه خوبی در مقابل نور خورشید است. اولین باری که آن را آزمایش کردم روی پشت بام استنفورد بود که در اینجا می‌بیند. دستگاه را مدت زمانی بیرون گذاشتم، بعد از چند دقیقه به سراغش رفتم، بعد از چند لحظه متوجه شدم که کار می‌کند. چه طور فهمیدم؟ به آن دست زدم و حس کردم سرد است. (تشویق)
فقط برای تاکید برعملکرد عجیب وغیر معمول این مواد باید بگویم: این ماده و مواد شبیه به آن، وقتی آنها را از زیر سایه بردارند خنک‌تر می‌شوند. با وجود اینکه خورشید بر آن می‌تابد. من دارم به شما از اولین آزمایشمان، داده‌هایی نشان می‌دهم. که دمای ماده ۵ درجه سلسیوس یا ۹ درجه فارنهایت سردتر از دمای هوا ثابت می‌ماند. حتی وقتی آفتاب به صورت مستقیم بر آن می‌تابد. شیوه ساختی که برای این ماده استفاده کردیم، در حال حاضر در مقیاس وسیع وجود دارد. خیلی هیجان‌زده بودم، به این خاطر که نه تنها می‌توانیم چیزی را خنک کنیم، بلکه ممکن است این امکان باشد که بتوانیم از آن به صورت کاربردی استفاده کنیم.
که برای من سوال اصلی دوم را ایجاد می‌کرد. واقعا چه طور می‌توان با این مصالح در انرژی صرفه‌جویی کرد؟ ما اعتقاد داریم مشخص‌ترین راه برای استفاده از این فناوری در صرفه‌جویی انرژی بهینه کردن سیستم‌های تهویه مطبوع و یخچال‌هاست. به این منظور صفحه‌های خنک کننده مانند این که می‌بینید ساختیم. این صفحه‌ها شکلی شبیه به آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی دارند، منتها برعکس عمل می‌کنند، به صورت منفعلانه آب را خنک می‌کنند، با استفاده از مواد خاصی که ما ساخته‌ایم. این پنل ها می‌توانند با اجزای دیگر ترکیب شود تقریبا هر دستگاه خنک کننده‌ای قسمتی به نام کندانسور دارد.
برای این که بتواند بازده سیستم را افزایش دهد. استارت آپ ما، به نام سیستم خنکای آسمان، آزمایشی را اخیرا، در دیویس کالیفرنیا انجام داده. در آن آزمایش ما ثابت کرده‌ایم که می‌توانیم بهره‌وری سیستم خنک‌کننده را تا ۱۲ درصد افزایش بدهیم. طی یکی دو سال آینده، من خیلی مشتاقم که اولین خروجی را در مقیاس بازار ببینم. در زمینه تهویه مطبوع و هم یخچال. در آینده ممکن است، ‌بتوانیم این نوع پنل‌ها را با سیستم های سرمایشی با بازدهی بالا در ساختمان‌ها ترکیب کنیم، تا بتوانیم مصرف انرژی را تا دو سوم کاهش بدهیم. و در نهایت ممکن است بتوانیم یک سیستم سرمایشی بسازیم
که اصلا به برق نیاز نداشته باشد. به عنوان اولین قدم، من و همکارانم در استنفورد نشان داده‌ایم که می‌توانیم، چیزی بیشتر از ۴۲ درجه سلسیوس پایین‌تر از دمای هوا، با مهندسی کاراتر ایجاد کرد. ممنونم. (تشویق) پس تصور کنید، چیزی که دمایش در یک روز گرم تابستانی زیر نقطه انجماد باشد، همچنان که من از کارهایی که می‌توانیم،‌ برای تولید سرما انجام دهیم هیجان‌زده‌ام، به نظرم کارهای زیادی هست که می‌توان انجام داد، به عنوان یک دانشمند، به یک قابلیت کلی‌تر توجه دارم
که به نظرم کار ما به آن اهمیت می‌دهد. می‌توانیم از سرمای این فضای تاریک، برای بالا بردن بازده هر چیزی که بر روی زمین به انرژی مربوط است، استفاده کنیم. یکی از موضوعات،که مایلم به آن اشاره کنم، سلول‌های خورشیدی هستند. آنها زیر آفتاب گرم می‌شوند و هر چه گرم‌تر می‌شوند راندمانشان پایینتر می‌آید. در ۲۰۱۵ ما نشان دادیم با میکروساختارهای مشخصی که روی سلول‌ها پیاده‌سازی شده‌اند، می‌توانم نتیجه بهتری با تاثیر سرمایشی آنها بگیریم که می‌تواند به صورت ایستا سلول‌های خورشیدی را، در دمای پایین تری نگه دارد. و به سلول ها این امکان را می‌دهد که بهترعمل کند.
ما داریم امکان استفاده از این قابلیت را بررسی می‌کنیم. از خودمان می‌پرسیم که آیا سرمای فضا می‌تواند، ما را در مدیریت آب کمک کند. یا با روش‌های که به برق نیاز نداشته باشیم. شاید اصلا بتوانبم به‌طور مستقیم از این سرما برق تولید کنیم. یک تفاوت دمایی بزرگی بین ما و سرمای فضا وجود دارد. این تفاوت، حداقل درحد نظریه می‌تواند چیزی به نام موتور حرارتی ایجاد کند که برق تولید کند. آیا می‌توانیم یک ژنراتور شبانه درست کنیم، که بتواند مقادیری برق تولید کند زمانی که سلول های خورشیدی کار نمی‌کنند؟
آیا می‌توانیم از تاریکی، نور تولید کنیم؟ برای دستیابی به این قابلیت باید بتوانیم، تابش حرارتی که اطرافمان هست را مدیریت کنیم. ما همواره با نور فروسرخ شسته می‌شویم؛ اگر می‌توانستیم از آن در راستای نیازمان استفاده کنیم، ممکن است به طور چشمگیری جریان انرژی و حرارت را که روزانه در اطراف ما وجود دارد عوض کنیم. این قابلیت همراه سرمای تاریک فضا، آینده‌ای را نشان می‌دهد، که ما به عنوان یک تمدن ممکن است بتوانیم رد پای انرژی حرارتی خود را هوشمندانه‌تر مدیریت کنیم در بزرگ‌ترین مقیاس‌ها. در راستای مقابله ما با تغییرات اقلیمی، من باور دارم که استفاده از این قابلیت،
ثابت شده که ضروری است. پس دفعه بعد که بیرون چرخی می‌زنید، بله، از این که وجود خورشید برای حیات زمین چه قدر ضرروری است به وجد بیایید، فقط فراموش نکنید بقیه آسمان هم چیزی برای گفتن دارد. ممنونم. (تشویق)
Every summer when I was growing up, I would fly from my home in Canada to visit my grandparents, who lived in Mumbai, India. Now, Canadian summers are pretty mild at best -- about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit is a typical summer's day, and not too hot. Mumbai, on the other hand, is a hot and humid place well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit. As soon as I'd reach it, I'd ask, "How could anyone live, work or sleep in such weather?" To make things worse, my grandparents didn't have an air conditioner. And while I tried my very, very best,
I was never able to persuade them to get one. But this is changing, and fast. Cooling systems today collectively account for 17 percent of the electricity we use worldwide. This includes everything from the air conditioners I so desperately wanted during my summer vacations, to the refrigeration systems that keep our food safe and cold for us in our supermarkets, to the industrial scale systems that keep our data centers operational. Collectively, these systems account for eight percent of global greenhouse gas emissions. But what keeps me up at night
is that our energy use for cooling might grow sixfold by the year 2050, primarily driven by increasing usage in Asian and African countries. I've seen this firsthand. Nearly every apartment in and around my grandmother's place now has an air conditioner. And that is, emphatically, a good thing for the health, well-being and productivity of people living in warmer climates. However, one of the most alarming things about climate change is that the warmer our planet gets, the more we're going to need cooling systems -- systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.
This then has the potential to cause a feedback loop, where cooling systems alone could become one of our biggest sources of greenhouse gases later this century. In the worst case, we might need more than 10 trillion kilowatt-hours of electricity every year, just for cooling, by the year 2100. That's half our electricity supply today. Just for cooling. But this also point us to an amazing opportunity. A 10 or 20 percent improvement in the efficiency of every cooling system could actually have an enormous impact on our greenhouse gas emissions,
both today and later this century. And it could help us avert that worst-case feedback loop. I'm a scientist who thinks a lot about light and heat. In particular, how new materials allow us to alter the flow of these basic elements of nature in ways we might have once thought impossible. So, while I always understood the value of cooling during my summer vacations, I actually wound up working on this problem because of an intellectual puzzle that I came across about six years ago. How were ancient peoples able to make ice in desert climates? This is a picture of an ice house,
also called a Yakhchal, located in the southwest of Iran. There are ruins of dozens of such structures throughout Iran, with evidence of similar such buildings throughout the rest of the Middle East and all the way to China. The people who operated this ice house many centuries ago, would pour water in the pool you see on the left in the early evening hours, as the sun set. And then something amazing happened. Even though the air temperature might be above freezing, say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit, the water would freeze. The ice generated would then be collected in the early morning hours
and stored for use in the building you see on the right, all the way through the summer months. You've actually likely seen something very similar at play if you've ever noticed frost form on the ground on a clear night, even when the air temperature is well above freezing. But wait. How did the water freeze if the air temperature is above freezing? Evaporation could have played an effect, but that's not enough to actually cause the water to become ice. Something else must have cooled it down. Think about a pie cooling on a window sill. For it to be able to cool down, its heat needs to flow somewhere cooler.
Namely, the air that surrounds it. As implausible as it may sound, for that pool of water, its heat is actually flowing to the cold of space. How is this possible? Well, that pool of water, like most natural materials, sends out its heat as light. This is a concept known as thermal radiation. In fact, we're all sending out our heat as infrared light right now, to each other and our surroundings. We can actually visualize this with thermal cameras and the images they produce, like the ones I'm showing you right now. So that pool of water is sending out its heat
upward towards the atmosphere. The atmosphere and the molecules in it absorb some of that heat and send it back. That's actually the greenhouse effect that's responsible for climate change. But here's the critical thing to understand. Our atmosphere doesn't absorb all of that heat. If it did, we'd be on a much warmer planet. At certain wavelengths, in particular between eight and 13 microns, our atmosphere has what's known as a transmission window. This window allows some of the heat that goes up as infrared light to effectively escape, carrying away that pool's heat.
And it can escape to a place that is much, much colder. The cold of this upper atmosphere and all the way out to outer space, which can be as cold as minus 270 degrees Celsius, or minus 454 degrees Fahrenheit. So that pool of water is able to send out more heat to the sky than the sky sends back to it. And because of that, the pool will cool down below its surroundings' temperature. This is an effect known as night-sky cooling or radiative cooling. And it's always been understood by climate scientists and meteorologists
as a very important natural phenomenon. When I came across all of this, it was towards the end of my PhD at Stanford. And I was amazed by its apparent simplicity as a cooling method, yet really puzzled. Why aren't we making use of this? Now, scientists and engineers had investigated this idea in previous decades. But there turned out to be at least one big problem. It was called night-sky cooling for a reason. Why? Well, it's a little thing called the sun. So, for the surface that's doing the cooling,
it needs to be able to face the sky. And during the middle of the day, when we might want something cold the most, unfortunately, that means you're going to look up to the sun. And the sun heats most materials up enough to completely counteract this cooling effect. My colleagues and I spend a lot of our time thinking about how we can structure materials at very small length scales such that they can do new and useful things with light -- length scales smaller than the wavelength of light itself. Using insights from this field,
known as nanophotonics or metamaterials research, we realized that there might be a way to make this possible during the day for the first time. To do this, I designed a multilayer optical material shown here in a microscope image. It's more than 40 times thinner than a typical human hair. And it's able to do two things simultaneously. First, it sends its heat out precisely where our atmosphere lets that heat out the best. We targeted the window to space. The second thing it does is it avoids getting heated up by the sun. It's a very good mirror to sunlight.
The first time I tested this was on a rooftop in Stanford that I'm showing you right here. I left the device out for a little while, and I walked up to it after a few minutes, and within seconds, I knew it was working. How? I touched it, and it felt cold. (Applause) Just to emphasize how weird and counterintuitive this is: this material and others like it will get colder when we take them out of the shade, even though the sun is shining on it. I'm showing you data here from our very first experiment,
where that material stayed more than five degrees Celsius, or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature, even though the sun was shining directly on it. The manufacturing method we used to actually make this material already exists at large volume scales. So I was really excited, because not only do we make something cool, but we might actually have the opportunity to do something real and make it useful. That brings me to the next big question. How do you actually save energy with this idea? Well, we believe the most direct way to save energy with this technology is as an efficiency boost
for today's air-conditioning and refrigeration systems. To do this, we've built fluid cooling panels, like the ones shown right here. These panels have a similar shape to solar water heaters, except they do the opposite -- they cool the water, passively, using our specialized material. These panels can then be integrated with a component almost every cooling system has, called a condenser, to improve the system's underlying efficiency. Our start-up, SkyCool Systems, has recently completed a field trial in Davis, California, shown right here. In that demonstration,
we showed that we could actually improve the efficiency of that cooling system as much as 12 percent in the field. Over the next year or two, I'm super excited to see this go to its first commercial-scale pilots in both the air conditioning and refrigeration space. In the future, we might be able to integrate these kinds of panels with higher efficiency building cooling systems to reduce their energy usage by two-thirds. And eventually, we might actually be able to build a cooling system that requires no electricity input at all. As a first step towards that, my colleagues at Stanford and I
have shown that you could actually maintain something more than 42 degrees Celsius below the air temperature with better engineering. Thank you. (Applause) So just imagine that -- something that is below freezing on a hot summer's day. So, while I'm very excited about all we can do for cooling, and I think there's a lot yet to be done, as a scientist, I'm also drawn to a more profound opportunity that I believe this work highlights. We can use the cold darkness of space to improve the efficiency
of every energy-related process here on earth. One such process I'd like to highlight are solar cells. They heat up under the sun and become less efficient the hotter they are. In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures on top of a solar cell, we could take better advantage of this cooling effect to maintain a solar cell passively at a lower temperature. This allows the cell to operate more efficiently. We're probing these kinds of opportunities further. We're asking whether we can use the cold of space to help us with water conservation.
Or perhaps with off-grid scenarios. Perhaps we could even directly generate power with this cold. There's a large temperature difference between us here on earth and the cold of space. That difference, at least conceptually, could be used to drive something called a heat engine to generate electricity. Could we then make a nighttime power-generation device that generates useful amounts of electricity when solar cells don't work? Could we generate light from darkness? Central to this ability is being able to manage the thermal radiation that's all around us.
We're constantly bathed in infrared light; if we could bend it to our will, we could profoundly change the flows of heat and energy that permeate around us every single day. This ability, coupled with the cold darkness of space, points us to a future where we, as a civilization, might be able to more intelligently manage our thermal energy footprint at the very largest scales. As we confront climate change, I believe having this ability in our toolkit will prove to be essential. So, the next time you're walking around outside,
yes, do marvel at how the sun is essential to life on earth itself, but don't forget that the rest of the sky has something to offer us as well. Thank you. (Applause)