Alors que les revenus des pays en développement continuent d'augmenter, la demande de climatiseurs devrait tripler d'ici 2050. Cette augmentation va multiplier ce qui est déjà une source majeure d'émissions de gaz à effet de serre :la climatisation est actuellement responsable de près de 20 % de la consommation d'électricité dans les bâtiments du monde entier.

Maintenant, la startup Transaera s'efforce de réduire ces demandes d'énergie avec un climatiseur plus efficace qui utilise des réfrigérants plus sûrs pour refroidir les maisons. L'entreprise pense que sa machine pourrait avoir un cinquième de l'impact sur le climat par rapport aux climatiseurs traditionnels.

"Le problème avec la climatisation, c'est que la technologie de base n'a pas beaucoup changé depuis son invention il y a 100 ans, " dit l'ingénieur en chef de Transaera Ross Bonner SM '20.

Cela changera rapidement si la petite équipe de Transaera réussit. L'entreprise est actuellement finaliste d'un concours mondial visant à reconcevoir le climatiseur. Le gagnant du concours, nommé le Global Cooling Prize, recevront 1 million de dollars pour commercialiser leurs machines.

Au cœur de la conception de Transaera se trouve une classe de matériaux hautement poreux appelés cadres organiques métalliques, ou MOF, qui aspirent passivement l'humidité de l'air pendant que la machine fonctionne. Co-fondateur Mircea Dincă, le W.M. Professeur Keck d'énergie au département de chimie du MIT, a fait des recherches pionnières sur les MOF, et les membres de l'équipe de l'entreprise considèrent l'avancement commercial des matériaux comme une partie importante de leur mission.

"Les MOF ont beaucoup d'applications potentielles, mais ce qui les a retenus, c'est l'économie unitaire et l'incapacité de les fabriquer de manière rentable à grande échelle, " dit Bonner. " Ce que Transaera vise à faire est d'être le premier à commercialiser des MOF à grande échelle et de mener la percée qui amène les MOF dans le domaine public. "

Les co-fondateurs de Dincă sont le PDG de Transaera, Sorin Grama SM '07, qui est également conférencier au MIT D-Lab, et CTO Matt Dorson, un ingénieur en mécanique qui a travaillé avec Grama sur une précédente startup.

"Je suis juste motivé par cette idée de créer quelque chose de révolutionnaire, " dit Grama. " Nous avons conçu ces nouveaux appareils, mais nous apportons aussi cette connaissance matérielle, avec Mircea et nos collaborateurs, et mélanger les deux pour créer quelque chose de vraiment nouveau et différent."

Un matériau d'opportunité

Grama et Dorson ont précédemment collaboré chez Promethean Power Systems, qui développe des solutions de réfrigération hors réseau pour les agriculteurs en Inde. À ce jour, l'entreprise a installé 1, 800 systèmes de réfrigération qui desservent environ 60, 000 agriculteurs chaque jour. Après avoir quitté son poste de PDG en 2015, Grama est retourné à l'Institut pour enseigner au MIT D-Lab et servir en tant qu'entrepreneur en résidence au Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship.

Pendant ce temps, Grama a été présenté aux MOF par Rob Stoner, directeur adjoint pour la science et la technologie du MIT Energy Initiative et directeur fondateur du MIT Tata Center.

Stoner a présenté Grama à Dincă, qui étudiait les MOF depuis qu'il avait rejoint la faculté du MIT en 2010 et avait grandi à 10 miles de la ville natale de Grama en Roumanie.

Les propriétés intrigantes du MOF proviennent de sa grande surface interne et de sa capacité à ajuster finement la taille des minuscules chambres qui les traversent. Dincă a précédemment développé des MOF avec des chambres juste assez grandes pour piéger les molécules d'eau de l'air. Il les a décrits comme des « éponges sous stéroïdes ».

Grama a commencé à penser à utiliser le matériau pour la réfrigération, mais une autre application se présenta bientôt. La plupart des gens pensent que les climatiseurs ne refroidissent que l'air dans un espace, mais ils sèchent aussi l'air qu'ils refroidissent. Les machines traditionnelles utilisent ce qu'on appelle un évaporateur, un serpentin froid pour extraire l'eau de l'air par condensation. Le serpentin froid doit être rendu beaucoup plus froid que la température souhaitée dans la pièce afin de recueillir l'humidité. Dorson dit que l'extraction de l'humidité de l'air consomme environ la moitié de l'électricité utilisée par les climatiseurs traditionnels.

Les MOF de Transaera collectent passivement l'humidité lorsque l'air pénètre dans le système. La chaleur résiduelle de la machine est ensuite utilisée pour sécher le matériau MOF pour une réutilisation continue.

Transaera a été officiellement fondée début 2018, et le Global Cooling Prize a été annoncé plus tard cette année-là. Des centaines d'équipes ont manifesté leur intérêt, et Transaera a finalement été sélectionné comme l'un des huit finalistes et a reçu 200 $, 000 pour livrer des prototypes aux organisateurs de compétitions.

Bonner a rejoint l'entreprise en 2019 après avoir exploré les voies vers des climatiseurs neutres en carbone dans le cadre d'un cours d'ingénierie mécanique au MIT.

Lorsque COVID-19 a commencé à déferler sur les pays du monde, il a été décidé que les essais du Cooling Prize en Inde se dérouleraient à distance. En plus du défi, les cofondateurs n'avaient pas accès à leur laboratoire à Somerville en raison de restrictions et utilisaient leurs propres outils et garages pour terminer les prototypes. Après avoir expédié leurs prototypes, Transaera a dû aider les organisateurs du prix à les installer via un flux vidéo en direct pour les essais sur le terrain dans plusieurs endroits en Inde. L'équipe affirme que les résultats ont validé l'approche de Transaera et ont montré que le système avait un impact climatique nettement inférieur à celui des unités de référence.

Le système de Transaera utilisait également un réfrigérant connu sous le nom de R-32 avec un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (ODP) nul et un potentiel de réchauffement planétaire environ trois fois inférieur à celui d'un autre réfrigérant couramment utilisé.

Le jalon a encore convaincu la petite équipe de Transaera qu'ils étaient sur quelque chose.

"Ce problème de climatisation peut avoir un réel, impact matériel sur la qualité de vie des personnes, " dit Dorson.

Faire avancer un champ

Le Global Cooling Prize annoncera son lauréat le mois prochain. Peu importe ce qui se passe, Transaera agrandira l'équipe cette année et effectuera des essais supplémentaires à Boston. La société a travaillé avec de grands fabricants qui ont fourni des équipements pour les prototypes et montré aux fondateurs comment ils pourraient intégrer leurs appareils aux technologies existantes.

Le travail fondamental de l'entreprise avec les MOF s'est poursuivi alors même que le climatiseur de Transaera se rapproche de la commercialisation. En réalité, Transaera a récemment reçu une subvention de la National Science Foundation pour explorer des voies plus efficaces vers la production de MOF avec un laboratoire du MIT.

"Les MOF ouvrent tellement de possibilités pour toutes sortes d'appareils révolutionnaires, pas seulement dans la climatisation, mais dans la récupération de l'eau, stockage d'Energie, et super condensateurs, " dit Grama. " Ces connaissances que nous développons peuvent s'appliquer à tant d'autres applications sur la route, et j'ai l'impression que nous sommes pionniers dans ce domaine et que nous repoussons les limites de la technologie."

Toujours, Les fondateurs de Transaera restent concentrés sur la mise sur le marché de leur climatiseur en premier, reconnaître que le problème auquel ils essaient de s'attaquer est suffisamment important pour les occuper pendant un certain temps.

"C'est clair quand on regarde la bande du monde qui est dans le chaud, tropiques humides, il y a une classe moyenne croissante, et l'une des premières choses qu'ils voudront acheter est un climatiseur, " dit Dorson. " Le développement de systèmes de climatisation plus efficaces est essentiel pour la santé des personnes et de l'environnement de notre planète. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.