Nu de inkomens in ontwikkelingslanden blijven stijgen, De vraag naar airconditioners zal naar verwachting verdrievoudigen tegen 2050. De stijging zal de nu al een belangrijke bron van broeikasgasemissies doen toenemen:airconditioning is momenteel verantwoordelijk voor bijna 20 procent van het elektriciteitsverbruik in gebouwen over de hele wereld.

Nu werkt de startup Transaera om die energiebehoefte te beteugelen met een efficiëntere airconditioner die veiligere koelmiddelen gebruikt om huizen te koelen. Het bedrijf gelooft dat zijn machine een vijfde van de impact op het klimaat kan hebben in vergelijking met traditionele airco's.

"Het ding met airconditioning is dat de basistechnologie niet veel is veranderd sinds het 100 jaar geleden werd uitgevonden. ", zegt Transaera-hoofdingenieur Ross Bonner SM '20.

Dat zal snel veranderen als het kleine team van Transaera succesvol is. Het bedrijf is momenteel finalist in een wereldwijde competitie om de airconditioner opnieuw te ontwerpen. De winnaar van de wedstrijd, uitgeroepen tot de Global Cooling Prize, krijgen $1 miljoen om hun machines te commercialiseren.

De kern van Transaera's ontwerp is een klasse van zeer poreuze materialen, metalen organische raamwerken genaamd. of MOF's, die passief vocht uit de lucht trekken terwijl de machine werkt. Mede-oprichter Mircea Dincă, de WM Keck Hoogleraar Energie bij de afdeling Chemie van het MIT, heeft baanbrekend onderzoek gedaan naar MOF's, en de teamleden van het bedrijf zien de commerciële vooruitgang van de materialen als een belangrijk onderdeel van hun missie.

"MOF's hebben veel potentiële toepassingen, maar het ding dat hen tegenhield is eenheidseconomie en het onvermogen om ze op een kosteneffectieve manier op grote schaal te maken, ", zegt Bonner. "Wat Transaera wil doen, is de eerste zijn die MOF's op grote schaal commercialiseert en de doorbraak leidt die MOF's in het publieke domein brengt."

Dincă's mede-oprichters zijn Transaera CEO Sorin Grama SM '07, die ook docent is aan MIT D-Lab, en CTO Matt Dorson, een werktuigbouwkundig ingenieur die met Grama werkte aan een eerdere startup.

"Ik word gewoon gestimuleerd door dit idee om iets revolutionairs te creëren, " zegt Grama. "We hebben deze nieuwe apparaten ontworpen, maar we brengen ook deze materiële kennis, met Mircea en onze medewerkers, en het mengen van de twee om iets heel nieuws en anders te creëren."

Een materiaal van kansen

Grama en Dorson werkten eerder samen bij Promethean Power Systems, die off-grid koeloplossingen ontwikkelt voor boeren in India. Daten, het bedrijf heeft geïnstalleerd 1, 800 koelsystemen die ongeveer 60, 000 boeren per dag. Na zijn aftreden als CEO in 2015, Grama keerde terug naar het Instituut om les te geven aan het MIT D-Lab en te dienen als een ondernemer in residentie bij het Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship.

In die tijd maakte Grama kennis met MOF's door Rob Stoner, adjunct-directeur van het MIT Energy Initiative voor wetenschap en technologie en een van de oprichters van het MIT Tata Center.

Stoner stelde Grama voor aan Dincă, die MOF's had gestudeerd sinds hij in 2010 aan de MIT-faculteit begon en op 16 kilometer van Grama's geboorteplaats in Roemenië opgroeide.

De intrigerende eigenschappen van MOF komen van hun grote interne oppervlak en het vermogen om de grootte van de kleine kamers die er doorheen lopen nauwkeurig af te stemmen. Dincă ontwikkelde eerder MOF's met kamers die net groot genoeg zijn om watermoleculen uit de lucht op te vangen. Hij beschreef ze als 'sponzen op steroïden'.

Grama begon na te denken over het gebruik van het materiaal voor koeling, maar al snel diende zich een andere toepassing aan. De meeste mensen denken dat airconditioners alleen de lucht in een ruimte koelen, maar ze drogen ook de lucht die ze koelen. Traditionele machines gebruiken iets dat een verdamper wordt genoemd, een koude spoel om door condensatie water uit de lucht te halen. De koelspiraal moet veel kouder worden gemaakt dan de gewenste temperatuur in de ruimte om vocht op te vangen. Dorson zegt dat het verwijderen van vocht uit de lucht ongeveer de helft van het elektriciteitsverbruik van traditionele airconditioners in beslag neemt.

De MOF's van Transaera verzamelen passief vocht wanneer lucht het systeem binnenkomt. De restwarmte van de machine wordt vervolgens gebruikt om het MOF-materiaal te drogen voor continu hergebruik.

Transaera is begin 2018 formeel opgericht, en de Global Cooling Prize werd later dat jaar bekend gemaakt. Honderden teams toonden interesse, en Transaera werd uiteindelijk geselecteerd als een van de acht finalisten en kreeg $ 200, 000 om prototypes te leveren aan wedstrijdorganisatoren.

Bonner kwam in 2019 bij het bedrijf na het verkennen van paden naar koolstofneutrale AC's als onderdeel van een werktuigbouwkundeles aan het MIT.

Toen COVID-19 zich door landen over de hele wereld begon te verspreiden, er werd besloten dat de proeven van de Cooling Prize in India op afstand zouden worden uitgevoerd. Als aanvulling op de uitdaging, de mede-oprichters hadden vanwege beperkingen geen toegang tot hun laboratorium in Somerville en gebruikten hun eigen gereedschap en garages om de prototypes te voltooien. Na verzending van hun prototypes, Transaera moest de organisatoren van de Prize helpen ze te installeren via een live videofeed voor veldproeven op meerdere locaties in India. Het team zegt dat de resultaten de aanpak van Transaera valideerden en aantoonden dat het systeem een ​​aanzienlijk lagere klimaatimpact had dan basiseenheden.

Het systeem van Transaera maakte ook gebruik van een koelmiddel dat bekend staat als R-32 en dat de ozonlaag niet aantast (ODP) en een aardopwarmingsvermogen dat ongeveer drie keer lager is dan een ander veelgebruikt koelmiddel.

De mijlpaal overtuigde het kleine team van Transaera er nog meer van dat ze iets op het spoor waren.

"Dit airconditioningprobleem kan een reëel, materiële impact op de levenskwaliteit van mensen, ' zegt Dorson.

Een veld naar voren duwen

Volgende maand maakt de Global Cooling Prize de winnaar bekend. Wat er ook gebeurt, Transaera zal het team dit jaar laten groeien en aanvullende proeven doen in Boston. Het bedrijf heeft samengewerkt met grote fabrikanten die apparatuur voor prototypes hebben geleverd en de oprichters hebben laten zien hoe ze hun apparaten kunnen integreren met bestaande technologieën.

Het fundamentele werk van het bedrijf met MOF's is voortgezet, zelfs nu Transaera's airconditioner dichter bij commercialisering komt. In feite, Transaera ontving onlangs een subsidie ​​van de National Science Foundation om met een laboratorium aan het MIT efficiëntere paden naar MOF-productie te verkennen.

"MOF's openen zoveel mogelijkheden voor allerlei revolutionaire apparaten, niet alleen in airconditioning, maar bij het oogsten van water, energie opslag, en supercondensatoren, " zegt Grama. "Deze kennis die we aan het ontwikkelen zijn, kan later worden toegepast op zoveel andere toepassingen, en ik heb het gevoel dat we pionieren op dit gebied en de grens van de technologie verleggen."

Nog altijd, De oprichters van Transaera blijven gefocust op het eerst op de markt brengen van hun AC, erkennen dat het probleem dat ze proberen aan te pakken groot genoeg is om ze een tijdje bezig te houden.

"Het is duidelijk als je kijkt naar de strook van de wereld die in de hete is, vochtige tropen, er is een groeiende middenklasse, en een van de eerste dingen die ze willen kopen is een airconditioner, ", zegt Dorson. "Het ontwikkelen van efficiëntere airconditioningsystemen is van cruciaal belang voor de gezondheid van mensen en het milieu van onze planeet."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.