new windows - Dоступные высокотехнологичные окна для комфорта и энергосбережения
Стартап MIT AeroShield открыл новое предприятие по производству окон с высокой теплоизоляцией, которые позволят сократить потребление энергии зданием и выбросы углекислого газа.
Представьте, что окна в вашем доме не пропускают тепло. Они сохраняли бы тепло в помещении зимой и на улице в жаркий летний день. Ваши счета за отопление и охлаждение снизятся; потребление энергии и выбросы углекислого газа снизятся; и вы по-прежнему будете чувствовать себя комфортно круглый год.
AeroShield, стартап, созданный в Массачусетском технологическом институте, готов начать производство таких окон. На строительные работы приходится 36% глобальных выбросов углекислого газа, и современные окна являются основным источником энергоэффективности зданий. Для повышения эффективности зданий AeroShield разработала оконную технологию, которая обещает снизить теплопотери до 65%, значительно сократив потребление энергии и выбросы углекислого газа в зданиях, и компания только что объявила об открытии нового производства по производству своих передовых энергоэффективных окон.
“Наша миссия - обезуглероживать окружающую среду”, - говорит Элиза Стробах, 17 лет, доктор философии 20 лет, соучредитель и генеральный директор AeroShield. “Наличие недорогих теплоизоляционных окон поможет нам достичь этой цели, а также сократит счета домовладельцев за отопление и охлаждение”. По данным Министерства энергетики США (DOE), для большинства домовладельцев 30% этих счетов приходится на неэффективность использования окон.
Разработка технологий в Массачусетском технологическом институте
Исследования оконной технологии AeroShield начались десять лет назад в лаборатории Массачусетского технологического института Эвелин Ван, профессора инженерных наук Ford, которая сейчас находится в отпуске, чтобы занять должность директора Агентства перспективных исследовательских проектов-Energy (ARPA-E). В конце 2014 года команда Массачусетского технологического института получила финансирование от ARPA-E, за ней последовали другие спонсоры, в том числе Инициатива MIT Energy Initiative через Центр технологий и дизайна MIT Tata в 2016 году.
Работа была сосредоточена на аэрогелях, замечательных материалах, которые являются ультрапористыми, легче зефира, достаточно прочными, чтобы выдержать кирпич, и не имеют аналогов в мире для защиты от тепловых потоков. Аэрогели были изобретены в 1930-х годах и использовались НАСА и другими организациями в качестве теплоизоляции. Команда Массачусетского технологического института увидела потенциал встраивания листов аэрогеля в окна для предотвращения выхода тепла из зданий. Но была одна проблема: никто не смог сделать аэрогели прозрачными.
Аэрогель состоит из прозрачных, слабо связанных наноразмерных частиц кремнезема и на 95% состоит из воздуха. Но лист аэрогеля непрозрачен, потому что проходящий через него свет рассеивается частицами кремнезема.
После пяти лет теоретических и экспериментальных работ команда Массачусетского технологического института определила, что ключом к прозрачности является наличие мелких и однородных по размеру частиц диоксида кремния. Это позволяет свету проходить сквозь материал, поэтому аэрогель становится прозрачным. Действительно, если размер частиц небольшой и однородный, то увеличение толщины листа аэрогеля для достижения большей теплоизоляции не сделает его менее прозрачным.
Команды в лаборатории Массачусетского технологического института рассмотрели различные области применения своих сверхизолирующих прозрачных аэрогелей. Некоторые сосредоточились на совершенствовании солнечных тепловых коллекторов, сделав системы более эффективными и менее дорогими. Но для Стробаха повышение тепловой эффективности окон выглядело особенно многообещающим и потенциально значимым средством уменьшения изменения климата.
Исследователи определили, что листы аэрогеля можно вставлять в щели в стеклопакетах, делая их более чем в два раза более теплоизоляционными. Затем окна можно было бы изготавливать на существующих производственных линиях с незначительными изменениями, и в результате окна были бы доступными по цене и такими же разнообразными по стилю, как и доступные сегодня варианты окон. Самое главное, что после покупки и установки окна позволят сократить счета за электричество, потребление энергии и выбросы углекислого газа.
Влияние на энергопотребление в зданиях может быть значительным. «Если рассматривать только зимний период, то окна в Соединённых Штатах теряют достаточно энергии, чтобы обеспечить электроэнергией более 50 миллионов домов, — сказал Стробах. — Эта потерянная энергия генерирует около 350 миллионов тонн углекислого газа — больше, чем выбрасывают 76 миллионов автомобилей». Сверхизолирующие окна могут помочь владельцам домов и зданий сократить выбросы углекислого газа на гигатонны, сэкономив при этом миллиарды на отоплении и охлаждении.
На новом предприятии Waltham Зак Гудман, ведущий инженер-технолог AeroShield, изготавливает аэрогели на первом этапе производственного процесса. Фото любезно предоставлено AeroShield
В 2019 году Стробах и ее коллеги из Массачусетского технологического института — Аарон Баскервиль-Бриджес, доктор философии 20 лет и Кайл Уилке, доктор философии 19 лет — стали соучредителями AeroShield для дальнейшей разработки и коммерциализации их технологии на основе аэрогеля для Windows и других приложений. В последующие пять лет их напряженная работа привлекала внимание, что недавно привело к двум крупным достижениям.
Весной 2024 года компания объявила об открытии своего нового опытного производства в Уолтеме, штат Массачусетс, где команда будет производить, тестировать и сертифицировать свои первые полноразмерные окна и двери для патио для первоначального запуска продукта. Помещение площадью 12 000 квадратных футов значительно расширит возможности компании благодаря передовым научно-исследовательским лабораториям aerogel, производственному оборудованию, сборочным линиям и испытательному оборудованию. Стробах говорит: “Наше пилотное предприятие будет поставлять производителям окон и дверей нашу первую продукцию, а также будет служить нашим научно-исследовательским центром, поскольку мы разрабатываем следующее поколение энергоэффективных продуктов с использованием прозрачных аэрогелей”.
Также весной 2024 года AeroShield получила награду в размере 14,5 миллионов долларов в рамках программы ARPA-E “Внедрение важнейших достижений в области ведущих энергетических технологий с неиспользованным потенциалом” (SCALEUP), которая предоставляет новое финансирование предыдущим лауреатам премии ARPA-E, которые “продемонстрировали жизнеспособный путь выхода на рынок”. Это финансирование позволит компании расширить свои производственные мощности до десятков или даже сотен тысяч единиц в год.
Стробах также упоминает о двух менее очевидных преимуществах премии SCALEUP award.
Во-первых, финансирование позволяет компании быстрее перейти к этапу масштабирования своей технологии. «Благодаря нашим фундаментальным исследованиям и лабораторным экспериментам мы знаем, что можем изготавливать листы аэрогеля большой площади, которые можно использовать в дверях при входе или во внутреннем дворике, — говорит Элиз. — Премия SCALEUP позволяет нам сразу перейти к реализации этого видения. Нам не нужно изготавливать аэрогели разных размеров, чтобы доказать, что мы можем сделать большой аэрогель. Премия позволит нам купить оборудование для производства большого количества аэрогеля.
Во-вторых, награда SCALEUP award подтверждает жизнеспособность компании перед другими потенциальными инвесторами и сотрудниками. Действительно, AeroShield недавно объявила о дополнительном финансировании в размере 5 миллионов долларов от существующих инвесторов Massachusetts Clean Energy Center и MassVentures, а также от нового инвестора MassMutual Ventures. Стробах отмечает, что теперь у компании есть партнеры-инвесторы, инженеры и заказчики.
Она подчеркивает важность партнеров для достижения миссии AeroShield. “Мы знаем, что то, что мы получили с фундаментальной точки зрения, может изменить отрасль”, - говорит она. “Теперь мы хотим выйти и сделать это. С нужными партнерами и в нужном темпе мы, возможно, действительно сможем повысить энергоэффективность наших зданий достаточно быстро, чтобы оказать реальное влияние на изменение климата ”.
НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЗАПРОСЫ ПРЕССЫ: [email protected]