Køler hjem uden at opvarme planeten

Efterhånden som indkomsterne i udviklingslandene fortsætter med at stige, efterspørgslen efter klimaanlæg forventes at blive tredoblet i 2050. Stigningen vil mangedoble, hvad der allerede er en væsentlig kilde til drivhusgasemissioner:Aircondition er i øjeblikket ansvarlig for næsten 20 procent af elektricitetsforbruget i bygninger rundt om i verden.

Nu arbejder startup'et Transaera på at dæmme op for disse energibehov med et mere effektivt klimaanlæg, der bruger sikrere kølemidler til at køle hjem. Virksomheden mener, at dens maskine kan have en femtedel af indvirkningen på klimaet sammenlignet med traditionelle AC'er.

"Tingen med aircondition er, at den grundlæggende teknologi ikke har ændret sig meget, siden den blev opfundet for 100 år siden, " siger Transaera chefingeniør Ross Bonner SM '20.

Det vil ændre sig hurtigt, hvis Transaeras lille team får succes. Virksomheden er i øjeblikket finalist i en global konkurrence om at redesigne klimaanlægget. Vinderen af ​​konkurrencen, udnævnt til Global Cooling Prize, vil få 1 million dollars til at kommercialisere deres maskiner.

I hjertet af Transaeras design er en klasse af meget porøse materialer kaldet metalorganiske rammer, eller MOF'er, der passivt trækker fugt fra luften, mens maskinen arbejder. Medstifter Mircea Dincă, W.M. Keck professor i energi ved MITs afdeling for kemi, har lavet banebrydende forskning i MOF'er, og virksomhedens teammedlemmer ser materialernes kommercielle fremskridt som en vigtig del af deres mission.

"MOF'er har mange potentielle anvendelser, men det, der har holdt dem tilbage, er enhedsøkonomi og manglende evne til at lave dem på en omkostningseffektiv måde i skala, " siger Bonner. "Det, Transaera sigter efter at gøre, er at være den første til at kommercialisere MOF'er i stor skala og føre det gennembrud, der bringer MOF'er til det offentlige domæne."

Dincăs medstiftere er Transaera CEO Sorin Grama SM '07, som også er underviser ved MIT D-Lab, og CTO Matt Dorson, en maskiningeniør, der arbejdede med Grama på en tidligere opstart.

"Jeg er bare tilskyndet af denne idé om at skabe noget revolutionært, " siger Grama. "Vi har designet disse nye enheder, men vi bringer også denne materielle viden, med Mircea og vores samarbejdspartnere, og blande de to for at skabe noget virkelig nyt og anderledes."

Et mulighedsmateriale

Grama og Dorson har tidligere samarbejdet hos Promethean Power Systems, som udvikler off-grid køleløsninger til landmænd i Indien. Til dato, virksomheden har installeret 1, 800 køleanlæg, der betjener omkring 60, 000 landmænd hver dag. Efter at have stoppet som administrerende direktør i 2015, Grama vendte tilbage til instituttet for at undervise på MIT D-Lab og tjene som iværksætter-in-residence på Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship.

I løbet af den tid blev Grama introduceret til MOF'er af Rob Stoner, MIT Energy Initiatives vicedirektør for videnskab og teknologi og en stiftende direktør for MIT Tata Center.

Stoner introducerede Grama til Dincă, som havde studeret MOF'er, siden han kom til MIT's fakultet i 2010 og voksede op 16 miles fra Gramas hjemby i Rumænien.

MOF's spændende egenskaber kommer fra deres store indre overflade og evnen til at finjustere størrelsen af ​​de små kamre, der løber igennem dem. Dincă har tidligere udviklet MOF'er med kamre lige store nok til at fange vandmolekyler fra luften. Han beskrev dem som "svampe på steroider."

Grama begyndte at tænke på at bruge materialet til køling, men en anden ansøgning kom snart. De fleste mennesker tror, ​​at klimaanlæg kun køler luften i et rum, men de tørrer også den luft, de afkøler. Traditionelle maskiner bruger noget, der kaldes en fordamper, en kold spole til at trække vand ud af luften gennem kondens. Den kolde spiral skal laves meget koldere end den ønskede temperatur i rummet for at opsamle fugt. Dorson siger, at det at trække fugt ud af luften optager omkring halvdelen af ​​den elektricitet, der bruges af traditionelle klimaanlæg.

Transaeras MOF'er opsamler passivt fugt, når luft kommer ind i systemet. Maskinens spildvarme bruges derefter til at tørre MOF-materialet til kontinuerlig genbrug.

Transaera blev formelt grundlagt i begyndelsen af ​​2018, og Global Cooling Prize blev annonceret senere samme år. Hundredvis af hold udtrykte interesse, og Transaera blev i sidste ende valgt som en af ​​otte finalister og fik $200, 000 til at levere prototyper til konkurrencearrangører.

Bonner kom til virksomheden i 2019 efter at have udforsket veje til kulstofneutrale AC'er som en del af en mekanisk ingeniørklasse på MIT.

Da COVID-19 begyndte at feje gennem lande rundt om i verden, det blev besluttet, at Cooling Prizes forsøg i Indien ville blive kørt på afstand. Føjer til udfordringen, medstifterne havde ikke adgang til deres laboratorium i Somerville på grund af restriktioner og brugte deres egne værktøjer og garager til at færdiggøre prototyperne. Efter at have afsendt deres prototyper, Transaera var nødt til at hjælpe prisarrangørerne med at installere dem gennem et live-videofeed til feltforsøg flere steder i Indien. Holdet siger, at resultaterne validerede Transaeras tilgang og viste, at systemet havde en væsentlig lavere klimapåvirkning end baseline-enheder.

Transaeras system brugte også et kølemiddel kendt som R-32 med nul ozonnedbrydende potentiale (ODP) og et globalt opvarmningspotentiale omkring tre gange lavere end et andet almindeligt anvendt kølemiddel.

Milepælen overbeviste yderligere Transaeras lille team om, at de var på vej.

"Dette klimaproblem kan have en reel, væsentlig indflydelse på menneskers livskvalitet, " siger Dorson.

At skubbe et felt frem

Global Cooling Prize offentliggør sin vinder i næste måned. Uanset hvad der sker, Transaera vil udvide holdet i år og køre yderligere forsøg i Boston. Virksomheden har arbejdet med store producenter, der har leveret udstyr til prototyper og vist stifterne, hvordan de kan integrere deres enheder med eksisterende teknologier.

Virksomhedens grundlæggende arbejde med MOF'er er fortsat, selvom Transaeras klimaanlæg kommer tættere på kommercialisering. Faktisk, Transaera modtog for nylig et tilskud fra National Science Foundation til at udforske mere effektive veje til MOF-produktion med et laboratorium på MIT.

"MOF'er åbner op for så mange muligheder for alle slags revolutionerende enheder, ikke kun i klimaanlæg, men i vandhøst, energilagring, og super kondensatorer, " siger Grama. "Denne viden, vi udvikler, kan anvendes til så mange andre applikationer nede ad vejen, og jeg føler, at vi er banebrydende på dette område og skubber på kanten af ​​teknologien."

Stadig, Transaeras grundlæggere er fortsat fokuserede på at bringe deres AC på markedet først, at anerkende det problem, de forsøger at tackle, er stort nok til at holde dem beskæftiget i et stykke tid.

"Det er tydeligt, når man ser på det skår af verden, der er i det varme, fugtige troper, der er en voksende middelklasse, og en af ​​de første ting, de vil købe, er et klimaanlæg, "Dorson siger. "Udvikling af mere effektive klimaanlæg er afgørende for sundheden for mennesker og vores planets miljø."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.