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

子供のころ毎年夏になると

who lived in Mumbai, India.

カナダの家から祖父母のいる

Now, Canadian summers are pretty mild at best --

インドのムンバイに旅行しました

about 22 degrees Celsius or 72 degrees Fahrenheit

カナダの夏は気温が上がっても 穏やかという程度です

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

気温は摂氏22度 華氏なら72度くらいが

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

一般的な夏の気温で さほど暑くありません

well into the 30s Celsius or 90s Fahrenheit.

ところがムンバイは暑く多湿で

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

摂氏30度 華氏なら90度にもなります

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

ムンバイに到着するとすぐに

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

「どうしたらこんな気候で生活し 働き 寝ることができるの？」と尋ねました

And while I tried my very, very best,

更に悪い事には祖父母は エアコンを持っていませんでした

I was never able to persuade them to get one.

かなり頑張ってはみましたが

But this is changing, and fast.

エアコンを買うよう 説得するのは無理でした

Cooling systems today collectively account for 17 percent

でも そんな状況は 急速に変わりつつあります

of the electricity we use worldwide.

冷却系で使われる電力は 世界の全電力使用の

This includes everything from the air conditioners

17パーセントにも上ります

I so desperately wanted during my summer vacations,

この数字は 私が夏休みに

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

喉から手が出るほど 欲しかったエアコンも

in our supermarkets,

食料を安全に冷たく保存できる スーパーマーケットの冷蔵システムも

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

含んでいますし

Collectively, these systems account for eight percent

データセンターが稼働するための 工業的な規模のシステムも含みます

of global greenhouse gas emissions.

冷却システム全体で 世界の温室効果ガス発生量の

But what keeps me up at night

８パーセントを占めます

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

しかし私を悩ませるのは

primarily driven by increasing usage in Asian and African countries.

冷却に利用されるエネルギーは 2050年までに６倍に膨らみ

I've seen this firsthand.

アジアやアフリカの国々での利用拡大により 激増する可能性があります

Nearly every apartment in and around my grandmother's place

私はこの目で見てきました

now has an air conditioner.

祖母の家の周りでも ほとんどのアパートで

And that is, emphatically, a good thing

今はエアコンがあります

for the health, well-being and productivity

これは 高温の環境で暮らす 人々にとって

of people living in warmer climates.

健康や生活条件や 生産性といった点では

However, one of the most alarming things about climate change

とても良いことです

is that the warmer our planet gets,

ただ 気候変動に関わって 憂慮すべきなのは

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

地球が暖まるにつれて

systems that are themselves large emitters of greenhouse gas emissions.

どんどん冷却システムが 必要になる上に

This then has the potential to cause a feedback loop,

そのシステム自体が温室効果ガスの 巨大な発生源となるのです

where cooling systems alone

こうして悪循環に陥るかもしれません

could become one of our biggest sources of greenhouse gases

冷却システムだけでも

later this century.

21世紀の後半には 温室効果ガスの最大の発生源となる

In the worst case,

可能性があるのです

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

最悪のケースでは

just for cooling, by the year 2100.

2100年までに 毎年10兆キロワット時を超える電力が

That's half our electricity supply today.

冷却のために必要になるかもしれません

Just for cooling.

この数字は現在の電力供給量の 半分に当たります

But this also point us to an amazing opportunity.

冷却だけでです

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

しかし同時に これは私たちに チャンスを与えてくれます

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

全冷却システムの効率が １〜２割向上するだけで

both today and later this century.

温室効果ガスの発生量に 大きな影響を与えられるかもしれません

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

今でも そしてこの先でも

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

ひどい悪循環を避けるのに 役立つかもしれません

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

私は光や熱を研究する科学者です

of these basic elements of nature

特に新しい材料が それまでは不可能と考えられていた方法で

in ways we might have once thought impossible.

自然の基本的要素の流れを 改変できるか研究しています

So, while I always understood the value of cooling

夏休みの経験から

during my summer vacations,

冷却の価値を理解しつつ

I actually wound up working on this problem

この問題に取り組み始めたのは

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

６年前に遭遇した 知的難問がきっかけです

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

古代の人々が砂漠の気候で どのように氷を作れたのか？

This is a picture of an ice house,

この画像は氷の部屋

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

ヤクチャルと言われるもので イランの南西にあるものです

There are ruins of dozens of such structures throughout Iran,

このような建物はイラン中に数十とあり

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

同じような建物が 他の中東の国々や 中国に至るまで存在することが

and all the way to China.

確認されています

The people who operated this ice house many centuries ago,

何世紀も前に このような 氷の部屋を利用していた人々は

would pour water in the pool you see on the left

左手に見えるような水槽に

in the early evening hours, as the sun set.

日没後の夕刻の早い時間に 水を注ぎました

And then something amazing happened.

すると不思議なことが起きるのです

Even though the air temperature might be above freezing,

気温は氷点下になっていなくても

say five degrees Celsius or 41 degrees Fahrenheit,

例えば摂氏５度 華氏41度くらいで

the water would freeze.

水が凍るのです

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

生成された氷は早朝に回収され

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

右手に見える建物に保存しました

all the way through the summer months.

夏の期間中もずっとです

You've actually likely seen something very similar at play

同じような光景を 目にしたことがあるかもしれません

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

良く晴れた夜に 気温が氷点よりずっと高くても

even when the air temperature is well above freezing.

霜が降りているのに 気づいたことがあるでしょう

But wait.

でも待ってください

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

どうして気温が氷点を上回るのに 水が凍るのでしょうか？

Evaporation could have played an effect,

蒸発の影響もあるかもしれませんが 水が凍るほどではありません

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

別の何かが冷却したに違いありません

Something else must have cooled it down.

パイを窓枠に置いて 冷やすことを考えてください

Think about a pie cooling on a window sill.

パイを冷ますには 温度の低い方に 熱を逃す必要があります

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

つまり周囲の空気にです

Namely, the air that surrounds it.

信じがたく聞こえますが

As implausible as it may sound,

熱は水槽の水から 冷たい宇宙へと流れるのです

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

どのようにして起こるのか？

How is this possible?

多くの自然の物体と同じように 水槽の水は

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

熱を光として放出します

sends out its heat as light.

熱放射の概念として知られています

This is a concept known as thermal radiation.

この瞬間にも私たちは誰でも 熱を赤外線として

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

周囲に放出しています

to each other and our surroundings.

熱線カメラで可視化することができますが

We can actually visualize this with thermal cameras

そのイメージは 今見て頂いている様な画像です

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

水槽の水は熱を大気に

So that pool of water is sending out its heat

放出します

upward towards the atmosphere.

大気と大気中の分子は

The atmosphere and the molecules in it

熱の一部を吸収し再度放出します

absorb some of that heat and send it back.

これこそが気候変動の原因となる 温室効果です

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

ここが理解すべき重要な部分です

But here's the critical thing to understand.

大気は熱をすべて吸収することはありません

Our atmosphere doesn't absorb all of that heat.

もしそうなるなら 地球はもっと温暖な惑星になったはずです

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

ある波長—

At certain wavelengths,

具体的には8〜13ミクロンの波長が

in particular between eight and 13 microns,

大気の伝送窓として知られています

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

この大気の伝送窓は 赤外線としての熱を 効果的に大気の外側に逃がし

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

水槽の熱を運び出すことを可能にします

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

熱は遥かに冷たい場所へと 逃げていくのです

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

大気上部の冷たい所へと

The cold of this upper atmosphere

更に遠い宇宙へと

and all the way out to outer space,

そこは 摂氏マイナス270度 あるいは

which can be as cold as minus 270 degrees Celsius,

華氏マイナス454度にもなります

or minus 454 degrees Fahrenheit.

水槽の水は空から輻射される熱より

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

さらに多くの熱を空に放出します

than the sky sends back to it.

そのため

And because of that,

水槽は周囲の温度より低くなるのです

the pool will cool down below its surroundings' temperature.

この効果は夜間冷却 あるいは 放射冷却として

This is an effect known as night-sky cooling

知られています

or radiative cooling.

気候学者と気象学者には とても重要な自然現象として

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

知られてきました

as a very important natural phenomenon.

この事実を知ったのは

When I came across all of this,

スタンフォードの博士課程を 終える頃でした

it was towards the end of my PhD at Stanford.

この冷却方法としての 明らかな単純さに

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

とても驚きました

yet really puzzled.

この手法をぜひ使おう！

Why aren't we making use of this?

現在 科学者や技術者が 10年近くこのアイデアについて

Now, scientists and engineers had investigated this idea

研究しています

in previous decades.

ところが ひとつ 大きな問題があります

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

「夜間」冷却と呼ばれるのには 理由があります

It was called night-sky cooling for a reason.

なぜか？

Why?

それは太陽のせいです

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

冷却する表面は

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

空に向いている必要があります

it needs to be able to face the sky.

日中は

And during the middle of the day,

一番冷たくなってほしいものが

when we might want something cold the most,

残念ながら太陽に向いてしまい

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

太陽はほとんどの物体を加熱し

And the sun heats most materials up

冷却効果を完全に相殺してしまいます

enough to completely counteract this cooling effect.

私は仲間とともに多くの時間を費やし

My colleagues and I spend a lot of our time

極小スケールで材料を 作る方法を考えています

thinking about how we can structure materials

光を利用して その材料で 新しい価値あることができるように

at very small length scales

そのスケールは光の波長よりも 小さなものです

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

この分野をナノフォトニクスとか

length scales smaller than the wavelength of light itself.

メタマテリアル研究と呼びますが ここから発想を得て

Using insights from this field,

史上初めて 日中でも 放射冷却を可能にする方法が

known as nanophotonics or metamaterials research,

あるかもしれないと気づいたのです

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

実現のために 多層光材料を設計しました

for the first time.

これは その顕微鏡画像です

To do this, I designed a multilayer optical material

厚さは 標準的な髪の毛の太さの 40分の１未満です

shown here in a microscope image.

２つのことを同時に行うことができます

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

１つ目は放熱

And it's able to do two things simultaneously.

大気が熱を最も逃がしやすい所に向けてです

First, it sends its heat out

放熱先は宇宙にしました

precisely where our atmosphere lets that heat out the best.

２つ目は太陽による加熱を防止します

We targeted the window to space.

太陽光を とてもよく反射します

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

最初にテストしたのは スタンフォードの屋上でしたが

It's a very good mirror to sunlight.

ご覧の通りです

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

このデバイスを少しの間放置して

that I'm showing you right here.

数分後に近寄りました

I left the device out for a little while,

数秒もせず機能していることが分かりました

and I walked up to it after a few minutes,

なぜ？

and within seconds, I knew it was working.

触ったら冷たかったのです

How?

（拍手）

I touched it, and it felt cold.

これが どれだけ奇妙で 直観から外れているかというと

(Applause)

この材料やその類似物は

Just to emphasize how weird and counterintuitive this is:

日陰から日向に移して 太陽が射していても

this material and others like it

冷たくなるのです

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

お見せしているのは 最初の実験のデータです

even though the sun is shining on it.

この材料の温度は 気温と比べて摂氏５度以上

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

あるいは華氏９度以上 低い状態を保ちました

where that material stayed more than five degrees Celsius,

直射日光が当たっていたのにです

or nine degrees Fahrenheit, colder than the air temperature,

私たちが使った素材を 大規模に製造する方法は

even though the sun was shining directly on it.

すでに存在しています

The manufacturing method we used to actually make this material

とてもワクワクしています

already exists at large volume scales.

なぜならただ冷たくするだけではなく

So I was really excited,

何かを実現して世に役立つ機会を 得られたかもしれないからです

because not only do we make something cool,

そのことが次の大きな疑問へと導きます

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

このアイデアで省エネを どう実現するか？

That brings me to the next big question.

この技術でエネルギーを節約する 最も直接的な方法は

How do you actually save energy with this idea?

現代の空調や冷蔵の

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

システム効率を増強することであると 信じています

is as an efficiency boost

そのために液冷パネルを製作しました

for today's air-conditioning and refrigeration systems.

このようなものです

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

これらのパネルは 太陽熱温水器のような形状ですが

like the ones shown right here.

まったく逆の働きをします エネルギーを使わず水を冷却します

These panels have a similar shape to solar water heaters,

私たちの作った特殊な材料でです

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

このパネルは ほとんどの 冷却システムが備える

using our specialized material.

凝縮器という部品と 組み合わせることができ

These panels can then be integrated with a component

システムの基本的な効率を向上します

almost every cooling system has, called a condenser,

私たちのスタートアップ企業 SkyCool Systemsは

to improve the system's underlying efficiency.

カリフォルニア州デイビスで 実地試験を完了しました

Our start-up, SkyCool Systems,

この時のデモでは

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

冷却システムの効率を12パーセントも

In that demonstration,

向上できたことを示しました

we showed that we could actually improve the efficiency

１年か２年すると

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

空調と冷蔵システムの双方で 商用規模での試験運用が

Over the next year or two,

開始されることに大変興奮しています

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

将来 このようなパネルを取り付けることで

in both the air conditioning and refrigeration space.

ビル空調の冷却システムが高効率となり

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

エネルギー消費を３分の２ 減らせるかもしれません

with higher efficiency building cooling systems

最終的には電力を全く必要としない

to reduce their energy usage by two-thirds.

冷却システムを作れるかもしれないのです

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

それに向かう第１歩として

that requires no electricity input at all.

スタンフォードの同僚と私は

As a first step towards that,

技術を駆使して

my colleagues at Stanford and I

気温より摂氏42度以上低い温度に 維持できることを実証しました

have shown that you could actually maintain

ありがとう

something more than 42 degrees Celsius below the air temperature

（拍手）

with better engineering.

夏の暑い日に

Thank you.

何かを氷点下にすることを想像してください

(Applause)

冷却に対して私たちができるすべてに ワクワクしながら

So just imagine that --

更にできる事があると考えていて

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

この研究が指し示す とても意義深い機会に

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

科学者として惹かれます

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

宇宙の冷たい暗黒を 地球上のあらゆる

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

エネルギー関連工程の 効率向上に使うことができるのです

that I believe this work highlights.

その一例として取り上げたいのは 太陽電池です

We can use the cold darkness of space

太陽熱で温度が上昇し それに連れ効率が下がります

to improve the efficiency

2015年には 意図的に微細構造を

of every energy-related process here on earth.

太陽電池パネルの表面に装備することで 冷却効果を利用して

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

エネルギーを使わず 太陽電池のセルを 低温に保てることを実証しました

They heat up under the sun

太陽電池セルがより効率的に稼働できます

and become less efficient the hotter they are.

私たちはこのような機会を模索しています

In 2015, we showed that with deliberate kinds of microstructures

私たちは宇宙の冷たさを 水の節約や

on top of a solar cell,

独立電源システムに役立てられないか

we could take better advantage of this cooling effect

検討しているところです

to maintain a solar cell passively at a lower temperature.

宇宙の冷たさから 直接 エネルギーを作れるかもしれないのです

This allows the cell to operate more efficiently.

地球表面と冷たい宇宙の間には

We're probing these kinds of opportunities further.

温度差が存在します

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

温度差は 少なくとも理論上

to help us with water conservation.

熱機関の原動力として利用でき 電気を発生させられます