När inkomsterna i utvecklingsländerna fortsätter att stiga, efterfrågan på luftkonditioneringsapparater förväntas tredubblas till 2050. Ökningen kommer att multiplicera vad som redan är en stor källa till utsläpp av växthusgaser:Luftkonditionering står för närvarande för nästan 20 procent av elanvändningen i byggnader runt om i världen.

Nu arbetar startupen Transaera för att minska dessa energibehov med en effektivare luftkonditionering som använder säkrare köldmedier för att kyla hem. Företaget tror att dess maskin kan ha en femtedel av klimatpåverkan jämfört med traditionella AC.

"Grejen med luftkonditionering är att den grundläggande tekniken inte har förändrats mycket sedan den uppfanns för 100 år sedan, säger Transaeras chefsingenjör Ross Bonner SM '20.

Det kommer att förändras snabbt om Transaeras lilla team lyckas. Företaget är för närvarande finalist i en global tävling för att göra om luftkonditioneringen. Vinnaren av tävlingen, utsedd till Global Cooling Prize, kommer att få 1 miljon dollar för att kommersialisera sina maskiner.

Kärnan i Transaeras design är en klass av mycket porösa material som kallas organiska metallstrukturer, eller MOF, som passivt drar fukt från luften när maskinen arbetar. Medgrundare Mircea Dincă, W.M. Keck professor i energi vid MIT:s avdelning för kemi, har gjort banbrytande forskning om MOF, och företagets teammedlemmar ser materialens kommersiella framsteg som en viktig del av deras uppdrag.

"MOF har många potentiella tillämpningar, men det som har hållit dem tillbaka är enhetsekonomi och oförmågan att göra dem på ett kostnadseffektivt sätt i skala, ", säger Bonner. "Vad Transaera strävar efter att göra är att vara först med att kommersialisera MOF:er i stor skala och leda genombrottet som tar MOF:er till det offentliga området."

Dincăs medgrundare är Transaeras vd Sorin Grama SM '07, som också är föreläsare vid MIT D-Lab, och CTO Matt Dorson, en maskiningenjör som arbetade med Grama vid en tidigare start.

"Jag är bara uppmuntrad av denna idé att skapa något revolutionerande, " säger Grama. "Vi har designat dessa nya enheter, men vi tar också med oss ​​denna materiella kunskap, med Mircea och våra medarbetare, och blanda de två för att skapa något riktigt nytt och annorlunda."

Ett tillfällesmaterial

Grama och Dorson samarbetade tidigare på Promethean Power Systems, som utvecklar off-grid kyllösningar för bönder i Indien. Hittills, företaget har installerat 1, 800 kylsystem som betjänar ungefär 60, 000 bönder varje dag. Efter att ha avgått som VD 2015, Grama återvände till institutet för att undervisa vid MIT D-Lab och fungera som entreprenör vid Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship.

Under den tiden introducerades Grama för MOFs av Rob Stoner, MIT Energy Initiatives biträdande chef för vetenskap och teknik och en grundare av MIT Tata Center.

Stoner introducerade Grama för Dincă, som hade studerat MOF sedan han började på MIT:s fakultet 2010 och växte upp 10 mil från Gramas hemstad i Rumänien.

MOF:s spännande egenskaper kommer från deras stora inre yta och förmågan att finjustera storleken på de små kamrarna som löper genom dem. Dincă utvecklade tidigare MOFs med kammare precis stora nog att fånga vattenmolekyler från luften. Han beskrev dem som "svampar på steroider".

Grama började fundera på att använda materialet för kylning, men en annan ansökan kom snart. De flesta tror att luftkonditioneringsapparater bara kyler luften i ett utrymme, men de torkar också luften de kyler. Traditionella maskiner använder något som kallas en förångare, en kall spiral för att dra ut vatten ur luften genom kondens. Kallspiralen måste göras mycket kallare än önskad temperatur i rummet för att kunna samla upp fukt. Dorson säger att att dra ut fukt ur luften tar upp ungefär hälften av den elektricitet som används av traditionella luftkonditioneringsapparater.

Transaeras MOF:er samlar passivt upp fukt när luft kommer in i systemet. Maskinens spillvärme används sedan för att torka MOF-materialet för kontinuerlig återanvändning.

Transaera grundades formellt i början av 2018, och Global Cooling Prize tillkännagavs senare samma år. Hundratals team uttryckte intresse, och Transaera valdes slutligen ut som en av åtta finalister och fick $200, 000 för att leverera prototyper till tävlingsarrangörer.

Bonner anslöt sig till företaget 2019 efter att ha utforskat vägar till koldioxidneutrala AC:er som en del av en maskinteknikkurs vid MIT.

När covid-19 började svepa genom länder runt om i världen, det beslutades att Cooling Prizes försök i Indien skulle köras på distans. Lägger till utmaningen, medgrundarna hade inte tillgång till sitt labb i Somerville på grund av restriktioner och använde sina egna verktyg och garage för att färdigställa prototyperna. Efter att ha skickat ut sina prototyper, Transaera var tvungen att hjälpa prisarrangörerna att installera dem genom ett livevideoflöde för fältförsök på flera platser i Indien. Teamet säger att resultaten validerade Transaeras tillvägagångssätt och visade att systemet hade en betydligt lägre klimatpåverkan än baslinjeenheter.

Transaeras system använde också ett köldmedium som kallas R-32 med noll ozonnedbrytande potential (ODP) och en global uppvärmningspotential som är ungefär tre gånger lägre än ett annat vanligt köldmedium.

Milstolpen övertygade ytterligare Transaeras lilla team om att de var inne på något.

"Det här luftkonditioneringsproblemet kan ha en verklig, materiell påverkan på människors livskvalitet, " säger Dorson.

Driv ett fält framåt

Global Cooling Prize kommer att tillkännage sin vinnare nästa månad. Oavsett vad som händer, Transaera kommer att utöka teamet i år och köra ytterligare försök i Boston. Företaget har arbetat med stora tillverkare som har levererat utrustning för prototyper och visat grundarna hur de kan integrera sina enheter med befintlig teknik.

Företagets grundläggande arbete med MOF har fortsatt även när Transaeras luftkonditionering närmar sig kommersialisering. Faktiskt, Transaera fick nyligen ett anslag från National Science Foundation för att utforska mer effektiva vägar till MOF-produktion med ett labb vid MIT.

"MOFs öppnar upp så många möjligheter för alla typer av revolutionerande enheter, inte bara i luftkonditionering, men vid vattenskörd, energilagring, och superkondensatorer, " Grama säger. "Denna kunskap vi utvecklar kan tillämpas på så många andra applikationer på vägen, och jag känner att vi är banbrytande på det här området och skjuter på kanten av tekniken."

Fortfarande, Transaeras grundare fortsätter att fokusera på att få sin AC till marknaden först, att erkänna problemet de försöker ta itu med är tillräckligt stort för att hålla dem sysselsatta ett tag.

"Det är tydligt när man ser på världens sträcka som är i det heta, fuktiga tropikerna, det finns en växande medelklass, och en av de första sakerna de vill köpa är en luftkonditionering, " säger Dorson. "Att utveckla effektivare luftkonditioneringssystem är avgörande för hälsan hos människor och för vår planets miljö."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.