Refroidir les maisons sans réchauffer la planète – Une nouvelle technologie pour une climatisation plus efficace

La startup Transaera utilise une classe de matériaux, avancés par MIT Professeur Mircea Dinca depuis plus d’une décennie, pour créer un climatiseur plus économe en énergie.

Alors que les revenus dans les pays en développement continuent d’augmenter, la demande de climatiseurs devrait tripler d’ici 2050. La flambée multipliera ce qui est déjà une source majeure d’émissions de gaz à effet de serre: la climatisation est actuellement responsable de près de 20 pour cent de la consommation d’électricité dans les bâtiments autour de le monde.

Maintenant, la startup Transaera s’efforce de réduire ces besoins énergétiques 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», déclare Ross Bonner SM ’20, ingénieur en chef de Transaera.

Cela changera rapidement si la petite équipe de Transaera réussit. La société est actuellement finaliste dans un concours mondial pour la refonte du climatiseur. Le gagnant du concours, nommé Global Cooling Prize, recevra 1 million de dollars pour commercialiser ses machines.

Au cœur de la conception de Transaera se trouve une classe de matériaux hautement poreux appelés ossatures métalliques organiques, ou MOF, qui extraient passivement l’humidité de l’air pendant que la machine fonctionne. Le co-fondateur Mircea Dincă, professeur d’énergie WM Keck au département de chimie du MIT, a mené 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 de nombreuses applications potentielles, mais ce qui les retient, c’est l’économie de l’unité et l’incapacité de les fabriquer de manière rentable à grande échelle», déclare Bonner. «Ce que Transaera vise à faire, c’est être le premier à commercialiser les MOF à grande échelle et à mener la percée qui amène les MOF dans le domaine public.»

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

«Je suis simplement motivé par cette idée de créer quelque chose de révolutionnaire», déclare Grama. «Nous avons conçu ces nouveaux appareils, mais nous apportons également ces connaissances matérielles, avec Mircea et nos collaborateurs, et combinons les deux pour créer quelque chose de vraiment nouveau et différent.»

Un matériau d’opportunité

Grama et Dorson ont précédemment collaboré à 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 comme entrepreneur en résidence au Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship.

Pendant ce temps, Grama a été présenté aux MOF par Rob Stoner, directeur adjoint de la science et de 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 a rejoint la faculté du MIT en 2010 et a grandi à 10 miles de la ville natale de Grama en Roumanie.

Les propriétés fascinantes du MOF proviennent de leur grande surface interne et de la capacité d’ajuster finement la taille des minuscules chambres qui les traversent. Dincă avait 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 s’est bientôt présentée. La plupart des gens pensent que les climatiseurs ne refroidissent que l’air d’un espace, mais ils assèchent également 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. La batterie froide doit être rendue beaucoup plus froide que la température souhaitée dans la pièce afin de recueillir l’humidité. Dorson dit que l’extraction de l’humidité de l’air absorbe 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 au début de 2018 et le Global Cooling Prize a été annoncé plus tard dans l’année. Des centaines d’équipes ont manifesté leur intérêt et Transaera a finalement été sélectionnée comme l’un des huit finalistes et a reçu 200 000 $ pour livrer des prototypes aux organisateurs de la compétition.

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

Lorsque Covid-19 a commencé à balayer les pays du monde entier, il a été décidé que les essais du Cooling Prize en Inde seraient menés à distance. Ajoutant au défi, les co-fondateurs 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 des 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 significativement plus faible que les unités de référence.

Le système de Transaera a également utilisé 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 plus faible qu’un autre réfrigérant couramment utilisé.

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

«Ce problème de climatisation peut avoir un impact réel et matériel sur la qualité de vie des gens», dit Dorson.

Faire avancer un champ

Le Global Cooling Prize annoncera son gagnant le mois prochain. Indépendamment de ce qui se passe, Transaera agrandira l’équipe cette année et organisera 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 de base de l’entreprise avec les MOF s’est poursuivi alors même que le climatiseur de Transaera se rapproche de la commercialisation. En fait, Transaera a récemment reçu une subvention de la National Science Foundation pour explorer des voies plus efficaces vers la production MOF avec un laboratoire au MIT.

«Les MOF ouvrent de nombreuses possibilités pour toutes sortes d’appareils révolutionnaires, non seulement dans la climatisation, mais aussi dans la récupération de l’eau, le stockage d’énergie et les supercondensateurs», déclare Grama. «Ces connaissances que nous développons peuvent s’appliquer à tant d’autres applications à l’avenir, et j’ai l’impression que nous sommes pionniers dans ce domaine et poussons la pointe de la technologie.»

Pourtant, les fondateurs de Transaera restent concentrés sur la mise sur le marché de leur climatisation en premier, reconnaissant que le problème qu’ils essaient de résoudre est suffisamment important pour les occuper pendant un certain temps.

«Il est clair quand on regarde la partie du monde qui se trouve dans les tropiques chauds et 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 l’environnement de notre planète.»