Experten des Massachusetts Institute of Technology bekämpfen Ernährungsunsicherheit in Trockengebieten mit einer offenen Studie

Jeder, der schon einmal an einem heißen Sommertag geschwitzt hat, versteht das Prinzip – und den entscheidenden Wert – der Verdunstungskühlung. Unser Körper produziert Schweißtröpfchen, wenn wir überhitzen, und bei einer trockenen Brise oder einem Ventilator in der Nähe verdunsten diese Tröpfchen und absorbieren dabei Wärme, wodurch ein willkommenes kühles Gefühl entsteht. Dasselbe wissenschaftliche Prinzip, bekannt als Verdunstungskühlung, kann bahnbrechend sein zum Konservieren von Obst und Gemüse, das auf Kleinbauernhöfen angebaut wird, wo die welkende, trockene Hitze frisch geerntete Produkte schnell verderben kann. Wenn diese frisch gepflückten roten Paprikaschoten und Blattgemüse nicht schnell verzehrt oder schnell in eine kalte – oder zumindest kühle – Lagerung gebracht werden, kann ein Großteil davon verschwendet werden. Nun, MIT-Professor Leon Glicksman vom Building Technology Program innerhalb Die Abteilung für Architektur und der Forschungsingenieur Eric Verploegen vom MIT D-Lab haben ihren Open-Source-Entwurf für eine Verdunstungskühlkammer mit Umluft veröffentlicht, die in einen gebrauchten Schiffscontainer eingebaut und entweder mit Netzstrom oder eingebauter Solarenergie betrieben werden kann Paneele. Mit einer Kapazität von 168 Obst- und Gemüsekisten bietet die Kammer ein großes Versprechen für Kleinbauern in heißen, trockenen Klimazonen, die eine kostengünstige Methode benötigen, um die Temperatur von frisch geerntetem Obst und Gemüse schnell zu senken, um sicherzustellen, dass es frisch bleibt. „Empfindliches Obst und Gemüse ist Am anfälligsten für den Verderb sind sie, wenn sie tagsüber gepflückt werden“, sagt Verploegen, ein langjähriger Befürworter des Einsatzes von Verdunstungskühlung zur Reduzierung von Nachernteabfall. „Und wenn gekühlte Kühlräume nicht machbar oder erschwinglich sind“, fährt er fort, „kann Verdunstungskühlung einen großen Unterschied für Landwirte und die von ihnen versorgten Gemeinden machen.“ Seit 2016 hat Verploegen die Verdunstungskühlung zum Schwerpunkt seiner Arbeit gemacht, zunächst mit Schwerpunkt auf kleine „Zeer“-Töpfe zur Verdunstungskühlung, typischerweise mit einem Fassungsvermögen zwischen 10 und 100 Litern und ideal für den Hausgebrauch, sowie größere doppelwandige Kammern, sogenannte Nullenergie-Kühlkammern oder ZECCs, die zwischen sechs speichern können und 16 Gemüsekisten gleichzeitig. Diese Designs basieren auf einem passiven Luftstrom. Das neu veröffentlichte Design der Umluft-Verdunstungskühlkammer unterscheidet sich von diesen beiden bescheideneren Designs durch das aktive Luftstromsystem sowie durch eine deutlich größere Kapazität. Im Jahr 2019 wandte sich Verploegen der Idee zu, eine größere Verdunstungskühlung zu bauen Raum und schlossen sich mit Glicksman zusammen, um die Verwendung von erzwungenem statt passivem Luftstrom zum Kühlen von Obst und Gemüse zu erforschen. Nach der Untersuchung bestehender Kühllagermöglichkeiten und der Durchführung von Benutzerforschungen mit Landwirten in Kenia kamen sie auf die Idee, aktive Verdunstungskühlung mit einem gebrauchten Schiffscontainer als Struktur der Kammer zu nutzen. Als die Covid-19-Pandemie im Jahr 2020 zunahm, beschafften sie einen gebrauchten 10-Fuß-Transportcontainer, installierten ihn im Innenhofbereich vor dem D-Lab in der Nähe der Village Street und machten sich an die Arbeit an einem Prototyp der Umluft-Verdunstungskühlung Kammer. So funktioniert es: Industrieventilatoren saugen heiße, trockene Luft in die Kammer, die durch ein poröses Nasskissen geleitet wird. Die dabei entstehende kühle und feuchte Luft wird dann durch die in der Kammer gelagerten Kisten mit Obst und Gemüse gepresst. Die Luft wird dann durch den Doppelboden und zu einem Kanal zwischen der Isolierung und der Außenwand des Behälters geleitet, wo sie zu den Abluftlöchern oben an den Seitenwänden strömt.Leon Glicksman, Professor für Gebäudetechnik und Maschinenbau, zeichnete auf seinen früheren Forschungen zur natürlichen Belüftung und Luftströmung in Gebäuden, um das vertikale Zwangsluft-Designmuster für die Kammer zu entwickeln. „Der Schlüssel zum Design ist die genaue Kontrolle der Luftstromstärke und ihrer Richtung“, sagt er. „Die Stärke des Luftstroms, der direkt durch die Obst- und Gemüsekisten strömt, und der Luftstromweg selbst machen dieses System so gut funktionieren. Das Design fördert die schnelle Abkühlung einer Ernte direkt vom Feld.“ Zusätzlich zum neuartigen und effektiven Luftstromsystem repräsentiert die Verdunstungskühlkammer mit Umluft viel von dem, wofür D-Lab bei seiner Arbeit in ressourcenarmen Gebieten bekannt ist und netzferne Gemeinden: Entwicklung kostengünstiger Technologien mit geringem CO2-Fußabdruck mit Partnern. Bei der Verdunstungskühlung ist das nicht anders. Unabhängig davon, ob sie an das Stromnetz angeschlossen ist oder mit Solarpaneelen betrieben wird, verbraucht die Umluftkammer ein Viertel des Stroms von gekühlten Kühlräumen. Und da die Kammer so konzipiert ist, dass sie in einem gebrauchten Schiffscontainer gebaut werden soll – der auf der ganzen Welt allgegenwärtig ist –, ist das Projekt ein großartiges Beispiel für Upcycling. Pilotierung des EntwurfsWie bei früheren Untersuchungen haben Verploegen, Glicksman und ihre Kollegen eng zusammengearbeitet Landwirte und Gemeindemitglieder. Für das Umluftsystem arbeitete das Team mit Community-Partnern zusammen, die den Bedarf an besseren Kühl- und Lagerbedingungen für ihre Produkte in den Klimabedingungen leben, in denen Verdunstungskühlung am besten funktioniert. Zwei Partner, einer in Kenia und einer in Indien, bauten jeweils eine Pilotkammer, um den Prozess neben der Arbeit am MIT zu testen und zu informieren. In Kenia, wo Kleinbauernhöfe 63 Prozent der gesamten verbrauchten Lebensmittel und über 50 Prozent der Kleinbauernprodukte produzieren Nach der Ernte verloren geht, arbeiteten sie mit Solar Freeze zusammen, einem Kühlhausunternehmen mit Sitz in Kibwezi, Kenia. Solar Freeze, dessen Gründer Dysmus Kisilu 2019 MIT D-Lab Scale-Ups Fellow war, baute auf einem Lebensmittelmarkt zwischen Nairobi und Mombasa für 15.000 US-Dollar eine netzunabhängige Umluft-Verdunstungskühlkammer, die mit Solar-Photovoltaik-Modulen betrieben wurde. „Die Kammer bietet ein Sicherheitsnetz gegen enorme Nachernteverluste, die lokale Kleinbauern zuvor erlitten haben“, kommentiert Peter Mumo, ein Unternehmer und Lokalpolitiker, der den Bau der Solar Freeze-Kammer im Makuni County, Kenia, beaufsichtigte. Bis zu 30 Prozent des in Indien produzierten Obsts und Gemüses werden jedes Jahr aufgrund unzureichender Kühllagerkapazität, fehlender Kühllager in der Nähe von Bauernhöfen, schlechter Transportinfrastruktur und anderer Lücken in der Kühlkette verschwendet. Obwohl das Klima auf dem Subkontinent unterschiedlich ist, eignet sich das heiße Wüstenklima dort, beispielsweise in Bhuj, wo die Hunnarshala Foundation ihren Hauptsitz hat, perfekt für Verdunstungskühlung. Hunnarshala unterzeichnete einen Vertrag zum Bau eines netzgebundenen Systems für 8.100 US-Dollar, das sie auf einem Biobauernhof in der Nähe von Bhuj errichteten. „Wir haben wirklich ermutigende Ergebnisse“, sagt Mahavir Acharya, Geschäftsführer der Hunnarshala Foundation. „Im Hochsommer, wenn die Temperatur 42 [Celsius] beträgt, können wir drinnen 26 Grad [Celsius] und eine Luftfeuchtigkeit von 95 Prozent erreichen, was wirklich gute Bedingungen dafür ist, dass Gemüse drei, vier, fünf, sechs Tage lang frisch bleibt. Im Winter haben wir Tests durchgeführt, bei denen die Temperaturen von 35 auf 24 Grad Celsius sanken, und sieben Tage lang war die Qualität ziemlich gut „Wir testen und optimieren das System weiterhin, sowohl in Kenia und Indien, als auch in unseren Testkammern hier am MIT“, sagt Verploegen. „Wir werden weiterhin Pilotversuche mit Benutzern durchführen und den Einsatz bei Landwirten und Verkäufern durchführen, um Daten über die thermische Leistung, die Haltbarkeit von Obst und Gemüse in der Kammer und die Auswirkungen der Technologie auf die Benutzer zu sammeln. Und wir möchten auch mit Anbietern von Kühlhäusern zusammenarbeiten, die diese oder andere Bereiche der Wertschöpfungskette des Gartenbaus aufbauen möchten, etwa Bauernkooperativen, einzelne Landwirte und Kommunalverwaltungen Das Team entschied sich, kein Patent anzustreben und richtete stattdessen eine Website ein, um das Open-Source-Design mit detaillierten Anleitungen zum Bau einer Verdunstungskühlkammer mit Umluft zu verbreiten. Zusätzlich zu der umfangreichen gedruckten Dokumentation, die mit detaillierten CAD-Zeichnungen und Videos gut illustriert ist, hat das Team Lehrvideos erstellt. Als Co-Hauptforscher in den frühen Phasen des Projekts trug MIT-Professor für Maschinenbau Dan Frey zur Marktforschung bei Phase des Projekts und die erste Konzeption des Kammerdesigns. „Diese Umluft-Verdunstungskühlkammern haben großes Potenzial und der Open-Source-Ansatz ist eine ausgezeichnete Wahl für dieses Projekt“, sagt Frey. „Die Veröffentlichung des Entwurfs ist ein bedeutender Meilenstein auf dem Weg zu positiven Auswirkungen.“ Die Forschung und das Design der Zwangsluft-Verdunstungskühlkammer wurden vom Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab durch einen India Grant, einen Seed Grant und ein Solutions-Programm unterstützt Gewähren.