Poiché i redditi nei paesi in via di sviluppo continuano ad aumentare, si prevede che la domanda di condizionatori d'aria triplicherà entro il 2050. L'aumento moltiplicherà quella che è già una delle principali fonti di emissioni di gas serra:l'aria condizionata è attualmente responsabile di quasi il 20% del consumo di elettricità negli edifici di tutto il mondo.

Ora la startup Transaera sta lavorando per ridurre la richiesta di energia con un condizionatore d'aria più efficiente che utilizza refrigeranti più sicuri per raffreddare le case. L'azienda ritiene che la sua macchina potrebbe avere un quinto dell'impatto sul clima rispetto ai tradizionali condizionatori.

"Il problema dell'aria condizionata è che la tecnologia di base non è cambiata molto da quando è stata inventata 100 anni fa, ", afferma il capo ingegnere di Transaera Ross Bonner SM '20.

Ciò cambierà rapidamente se il piccolo team di Transaera avrà successo. L'azienda è attualmente finalista in un concorso globale per ridisegnare il condizionatore d'aria. Il vincitore del concorso, nominato il Global Cooling Prize, otterranno $ 1 milione per commercializzare le loro macchine.

Al centro del design di Transaera c'è una classe di materiali altamente porosi chiamati strutture metalliche organiche, o MOF, che assorbono passivamente l'umidità dall'aria durante il funzionamento della macchina. Co-fondatore Mircea Dincă, il W.M. Keck Professor of Energy nel Dipartimento di Chimica del MIT, ha svolto ricerche pionieristiche sui MOF, ei membri del team dell'azienda considerano l'avanzamento commerciale dei materiali una parte importante della loro missione.

"I MOF hanno molte potenziali applicazioni, ma la cosa che li ha trattenuti è l'economia unitaria e l'incapacità di realizzarli in modo conveniente su larga scala, " afferma Bonner. "Ciò che Transaera mira a fare è essere la prima a commercializzare MOF su larga scala e guidare la svolta che porta i MOF di pubblico dominio".

I co-fondatori di Dincă sono il CEO di Transaera Sorin Grama SM '07, che è anche docente al MIT D-Lab, e il CTO Matt Dorson, un ingegnere meccanico che ha lavorato con Grama in una precedente startup.

"Sono solo incentivato da questa idea di creare qualcosa di rivoluzionario, " dice Grama. "Abbiamo progettato questi nuovi dispositivi, ma portiamo anche questa conoscenza materiale, con Mircea e i nostri collaboratori, e fondere i due per creare qualcosa di veramente nuovo e diverso."

Un materiale di opportunità

Grama e Dorson hanno precedentemente collaborato presso Promethean Power Systems, che sviluppa soluzioni di refrigerazione off-grid per gli agricoltori in India. Ad oggi, l'azienda ha installato 1, 800 impianti frigoriferi che ne servono circa 60, 000 agricoltori ogni giorno. Dopo aver lasciato la carica di amministratore delegato nel 2015, Grama è tornato all'Istituto per insegnare al MIT D-Lab e servire come imprenditore residente presso il Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship.

Durante quel periodo Grama è stato introdotto ai MOF da Rob Stoner, vicedirettore per la scienza e la tecnologia del MIT Energy Initiative e direttore fondatore del MIT Tata Center.

Stoner ha presentato Grama a Dincă, che studia MOF da quando è entrato a far parte della facoltà del MIT nel 2010 ed è cresciuto a 10 miglia dalla città natale di Grama in Romania.

Le proprietà intriganti di MOF derivano dalla loro ampia superficie interna e dalla capacità di regolare con precisione le dimensioni delle minuscole camere che le attraversano. Dincă aveva precedentemente sviluppato MOF con camere abbastanza grandi da intrappolare le molecole d'acqua dall'aria. Li ha descritti come "spugne sotto steroidi".

Grama iniziò a pensare di utilizzare il materiale per la refrigerazione, ma presto si presentò un'altra applicazione. La maggior parte delle persone pensa che i condizionatori d'aria raffreddino solo l'aria in uno spazio, ma essiccano anche l'aria che raffreddano. Le macchine tradizionali usano qualcosa chiamato evaporatore, una serpentina fredda per estrarre l'acqua dall'aria attraverso la condensazione. La batteria fredda deve essere resa molto più fredda della temperatura desiderata nella stanza per raccogliere l'umidità. Dorson afferma che estrarre l'umidità dall'aria assorbe circa la metà dell'elettricità utilizzata dai condizionatori d'aria tradizionali.

I MOF di Transaera raccolgono passivamente l'umidità quando l'aria entra nel sistema. Il calore di scarto della macchina viene quindi utilizzato per asciugare il materiale MOF per il riutilizzo continuo.

Transaera è stata formalmente fondata all'inizio del 2018, e il Global Cooling Prize è stato annunciato nello stesso anno. Centinaia di squadre hanno espresso interesse, e Transaera è stato infine selezionato come uno degli otto finalisti e ha ricevuto $ 200, 000 per consegnare i prototipi agli organizzatori della competizione.

Bonner è entrato a far parte dell'azienda nel 2019 dopo aver esplorato percorsi verso AC a emissioni zero come parte di un corso di ingegneria meccanica al MIT.

Quando il COVID-19 ha iniziato a diffondersi nei paesi di tutto il mondo, è stato deciso che le prove del Cooling Prize in India si sarebbero svolte a distanza. Aggiungendo alla sfida, i co-fondatori non avevano accesso al loro laboratorio a Somerville a causa di restrizioni e utilizzavano i propri strumenti e garage per completare i prototipi. Dopo aver spedito i loro prototipi, Transaera ha dovuto aiutare gli organizzatori del Premio a installarli tramite un feed video in diretta per le prove sul campo in più località dell'India. Il team afferma che i risultati hanno convalidato l'approccio di Transaera e hanno mostrato che il sistema ha avuto un impatto climatico significativamente inferiore rispetto alle unità di base.

Il sistema di Transaera utilizzava anche un refrigerante noto come R-32 con potenziale di riduzione dell'ozono (ODP) pari a zero e un potenziale di riscaldamento globale circa tre volte inferiore rispetto a un altro refrigerante comunemente usato.

La pietra miliare ha ulteriormente convinto la piccola squadra di Transaera che avevano qualcosa da fare.

"Questo problema dell'aria condizionata può avere un reale, impatto materiale sulla qualità della vita delle persone, "dice Dorson.

Spingendo un campo in avanti

Il premio Global Cooling annuncerà il suo vincitore il mese prossimo. Indipendentemente da ciò che accade, Transaera farà crescere il team quest'anno e condurrà ulteriori prove a Boston. L'azienda ha lavorato con grandi produttori che hanno fornito attrezzature per prototipi e mostrato ai fondatori come integrare i propri dispositivi con le tecnologie esistenti.

Il lavoro fondamentale dell'azienda con i MOF è continuato anche se il condizionatore d'aria di Transaera si avvicina alla commercializzazione. Infatti, Transaera ha recentemente ricevuto una sovvenzione dalla National Science Foundation per esplorare percorsi più efficienti verso la produzione MOF con un laboratorio del MIT.

"I MOF aprono così tante possibilità per tutti i tipi di dispositivi rivoluzionari, non solo aria condizionata, ma nella raccolta dell'acqua, stoccaggio di energia, e super condensatori, " dice Grama. "Questa conoscenza che stiamo sviluppando può essere applicata a tante altre applicazioni lungo la strada, e sento che stiamo aprendo la strada a questo campo e stiamo spingendo il limite della tecnologia."

Ancora, I fondatori di Transaera rimangono concentrati sul portare prima il loro AC sul mercato, riconoscere il problema che stanno cercando di affrontare è abbastanza grande da tenerli occupati per un po'.

"È chiaro quando guardi la fascia del mondo che è al caldo, tropici umidi, c'è una classe media in crescita, e una delle prime cose che vorranno comprare è un condizionatore d'aria, "Dice Dorson. "Lo sviluppo di sistemi di condizionamento dell'aria più efficienti è fondamentale per la salute delle persone e dell'ambiente del nostro pianeta".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.