Janelas de alta tecnologia acessíveis para conforto e economia de energia | MIT News #ÚltimasNotícias

Imagine se as janelas da sua casa não transmitissem calor. Elas manteriam o calor dentro de casa no inverno e fora em um dia quente de verão. Suas contas de aquecimento e resfriamento diminuiriam; seu consumo de energia e emissões de carbono cairiam; e você ainda estaria confortável o ano todo.

A AeroShield, uma startup derivada do MIT, está pronta para começar a fabricar essas janelas. As operações de construção representam 36% das emissões globais de dióxido de carbono, e as janelas de hoje são um grande contribuinte para a ineficiência energética em edifícios. Para melhorar a eficiência dos edifícios, a AeroShield desenvolveu uma tecnologia de janelas que promete reduzir a perda de calor em até 65%, reduzindo significativamente o uso de energia e as emissões de carbono em edifícios, e a empresa acaba de anunciar a abertura de uma nova instalação para fabricar suas inovadoras janelas com eficiência energética.

“Nossa missão é descarbonizar o ambiente construído”, diz Elise Strobach SM ’17, PhD ’20, cofundadora e CEO da AeroShield. “A disponibilidade de janelas acessíveis e com isolamento térmico nos ajudará a atingir essa meta, ao mesmo tempo em que reduz as contas de aquecimento e resfriamento dos proprietários.” De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, para a maioria dos proprietários, 30% dessa conta resulta de ineficiências nas janelas.

Desenvolvimento de tecnologia no MIT

A pesquisa sobre a tecnologia de janelas do AeroShield começou há uma década no laboratório do MIT de Evelyn Wang, Professora de Engenharia da Ford, agora de licença para atuar como diretora da Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E). No final de 2014, a equipe do MIT recebeu financiamento da ARPA-E, e outros patrocinadores seguiram, incluindo a MIT Energy Initiative por meio do MIT Tata Center for Technology and Design em 2016.

O trabalho se concentrou em aerogéis, materiais notáveis ​​que são ultraporosos, mais leves que um marshmallow, fortes o suficiente para suportar um tijolo e uma barreira incomparável ao fluxo de calor. Os aerogéis foram inventados na década de 1930 e usados ​​pela NASA e outros como isolamento térmico. A equipe do MIT viu o potencial de incorporar folhas de aerogel em janelas para impedir que o calor escapasse ou entrasse em edifícios. Mas havia um problema: ninguém havia conseguido tornar os aerogéis transparentes.

Um aerogel é feito de partículas de sílica nanoescala transparentes e frouxamente conectadas e é 95 por cento ar. Mas uma folha de aerogel não é transparente porque a luz que viaja através dela é espalhada pelas partículas de sílica.

Após cinco anos de trabalho teórico e experimental, a equipe do MIT determinou que a chave para a transparência era ter partículas de sílica pequenas e uniformes em tamanho. Isso permite que a luz passe diretamente, então o aerogel se torna transparente. De fato, contanto que o tamanho da partícula seja pequeno e uniforme, aumentar a espessura de uma folha de aerogel para obter maior isolamento térmico não a tornará menos transparente.

As equipes no laboratório do MIT analisaram várias aplicações para seus aerogéis transparentes e superisolantes. Alguns se concentraram em melhorar os coletores solares térmicos, tornando os sistemas mais eficientes e menos caros. Mas para Strobach, aumentar a eficiência térmica das janelas parecia especialmente promissor e potencialmente significativo como um meio de reduzir as mudanças climáticas.

Os pesquisadores determinaram que folhas de aerogel poderiam ser inseridas na abertura em janelas de vidro duplo, tornando-as mais que duas vezes mais isolantes. As janelas poderiam então ser fabricadas em linhas de produção existentes com pequenas alterações, e as janelas resultantes seriam acessíveis e tão variadas em estilo quanto as opções de janelas disponíveis hoje. O melhor de tudo é que, uma vez compradas e instaladas, as janelas reduziriam as contas de luz, o uso de energia e as emissões de carbono.

O impacto no uso de energia em edifícios pode ser considerável. “Se considerarmos apenas o inverno, as janelas nos Estados Unidos perdem energia suficiente para abastecer mais de 50 milhões de lares”, diz Strobach. “Essa energia desperdiçada gera cerca de 350 milhões de toneladas de dióxido de carbono — mais do que é emitido por 76 milhões de carros.” Janelas superisolantes podem ajudar proprietários de casas e edifícios a reduzir as emissões de dióxido de carbono em gigatoneladas, economizando bilhões em custos de aquecimento e resfriamento.

A história do AeroShield

Em 2019, Strobach e seus colegas do MIT — Aaron Baskerville-Bridges MBA ’20, SM ’20 e Kyle Wilke PhD ’19 — cofundaram a AeroShield para desenvolver e comercializar ainda mais sua tecnologia baseada em aerogel para janelas e outras aplicações. E nos cinco anos subsequentes, seu trabalho duro atraiu atenção, levando recentemente a duas grandes realizações.

Na primavera de 2024, a empresa anunciou a abertura de sua nova unidade piloto de fabricação em Waltham, Massachusetts, onde a equipe produzirá, testará e certificará suas primeiras janelas e portas de pátio de tamanho normal para o lançamento inicial do produto. A unidade de 12.000 pés quadrados expandirá significativamente as capacidades da empresa, com laboratórios de P&D de aerogel de ponta, equipamentos de fabricação, linhas de montagem e equipamentos de teste. Strobach diz: “Nossa unidade piloto fornecerá fabricantes de janelas e portas conforme lançamos nossos primeiros produtos e também servirá como nossa sede de P&D enquanto desenvolvemos a próxima geração de produtos com eficiência energética usando aerogéis transparentes.”

Também na primavera de 2024, a AeroShield recebeu um prêmio de US$ 14,5 milhões do programa “Seeding Critical Advances for Leading Energy technologies with Untapped Potential” (SCALEUP) da ARPA-E, que fornece novo financiamento aos premiados anteriores da ARPA-E que “demonstraram um caminho viável para o mercado”. Esse financiamento permitirá que a empresa expanda sua capacidade de produção para dezenas de milhares, ou mesmo centenas de milhares, de unidades por ano.

Strobach também cita dois benefícios menos óbvios do prêmio SCALEUP.

Primeiro, o financiamento está permitindo que a empresa avance mais rapidamente na fase de expansão do desenvolvimento de sua tecnologia. “Sabemos, por nossos estudos fundamentais e experimentos de laboratório, que podemos fazer folhas de aerogel de grande área que podem ser colocadas em uma porta de entrada ou de pátio”, diz Elise. “O prêmio SCALEUP nos permite ir direto para essa visão. Não precisamos fazer todos os tamanhos incrementais de aerogéis para provar que podemos fazer um grande. O prêmio fornece capital para comprarmos o grande equipamento para fazer o grande aerogel.”

Em segundo lugar, o prêmio SCALEUP confirma a viabilidade da empresa para outros potenciais investidores e colaboradores. De fato, a AeroShield anunciou recentemente US$ 5 milhões em financiamento adicional dos investidores existentes Massachusetts Clean Energy Center e MassVentures, bem como do novo investidor MassMutual Ventures. Strobach observa que a empresa agora tem investidores, engenheiros e parceiros clientes.

Ela enfatiza a importância dos parceiros para atingir a missão da AeroShield. “Sabemos que o que temos de uma perspectiva fundamental pode mudar a indústria”, ela diz. “Agora queremos sair e fazer isso. Com os parceiros certos e no ritmo certo, podemos realmente ser capazes de aumentar a eficiência energética de nossos edifícios cedo o suficiente para ajudar a fazer um impacto real nas mudanças climáticas.”