Gli esperti del Massachusetts Institute of Technology affrontano l’insicurezza alimentare nelle regioni aride in modo aperto

Chiunque abbia mai sudato in una calda giornata estiva comprende il principio – e il valore fondamentale – del raffreddamento evaporativo. Il nostro corpo produce goccioline di sudore quando ci surriscaldiamo e con una brezza secca o un ventilatore nelle vicinanze queste goccioline evaporeranno, assorbendo calore nel processo creando una gradita sensazione di freschezza. Lo stesso principio scientifico, noto come raffreddamento evaporativo, può essere un punto di svolta per conservare frutta e verdura coltivate nelle piccole aziende agricole, dove il caldo secco può degradare rapidamente i prodotti appena raccolti. Se i peperoni rossi e le verdure a foglia appena raccolti non vengono consumati in breve tempo, o trasferiti rapidamente in un luogo di stoccaggio freddo – o almeno fresco, gran parte di essi può andare sprecata. Ora, il professor Leon Glicksman del MIT Building Technology Program all’interno di il Dipartimento di Architettura e l'ingegnere ricercatore Eric Verploegen del MIT D-Lab hanno rilasciato il loro progetto open source per una camera di raffreddamento evaporativo ad aria forzata che può essere costruita in un container usato e alimentata dall'elettricità della rete o dall'energia solare integrata pannelli. Con una capacità di 168 casse di prodotti, la camera rappresenta una grande promessa per i piccoli agricoltori con climi caldi e secchi che necessitano di un metodo conveniente per abbassare rapidamente la temperatura della frutta e della verdura appena raccolte per garantire che rimangano fresche. più vulnerabili al deterioramento se raccolti durante il giorno”, afferma Verploegen, sostenitore di lunga data dell’uso del raffreddamento evaporativo per ridurre gli sprechi post-raccolta. "E se le celle frigorifere non sono fattibili o convenienti", continua, "il raffreddamento evaporativo può fare una grande differenza per gli agricoltori e le comunità che nutrono". Verploegen ha fatto del raffreddamento evaporativo il fulcro del suo lavoro dal 2016, concentrandosi inizialmente su vasi “Zeer” di raffreddamento evaporativo su piccola scala, in genere con una capacità compresa tra 10 e 100 litri e ottimi per l'uso domestico, nonché camere più grandi con pareti doppie in mattoni note come camere di raffreddamento a energia zero o ZECC, che possono immagazzinare tra sei e 16 casse di verdure alla volta. Questi progetti si basano sul flusso d'aria passivo. Il nuovo design per la camera di raffreddamento evaporativo ad aria forzata si differenzia da questi due modelli più modesti per il sistema di flusso d'aria attivo, nonché per una capacità significativamente maggiore. Nel 2019, Verploegen ha rivolto la sua attenzione all'idea di costruire un sistema di raffreddamento evaporativo più grande stanza e hanno unito le forze con Glicksman per esplorare l'utilizzo del flusso d'aria forzato, anziché passivo, per raffreddare frutta e verdura. Dopo aver studiato le opzioni di conservazione a freddo esistenti e aver condotto ricerche sugli utenti con gli agricoltori in Kenya, hanno avuto l’idea di utilizzare il raffreddamento evaporativo attivo con un container usato come struttura della camera. Mentre la pandemia di Covid-19 si stava intensificando nel 2020, si procurarono un container usato da 10 piedi, lo installarono nell'area del cortile fuori dal D-Lab vicino a Village Street e iniziarono a lavorare su un prototipo del raffreddamento evaporativo ad aria forzata camera.Ecco come funziona: i ventilatori industriali aspirano aria calda e secca nella camera, che viene fatta passare attraverso un cuscinetto umido poroso. L'aria fresca e umida risultante viene quindi forzata attraverso le cassette di frutta e verdura conservate all'interno della camera. L'aria viene quindi diretta attraverso il pavimento sopraelevato e verso un canale tra l'isolamento e la parete esterna del contenitore, dove scorre verso i fori di scarico vicino alla parte superiore delle pareti laterali. Leon Glicksman, professore di tecnologia edilizia e ingegneria meccanica, ha disegnato sulla sua precedente ricerca sulla ventilazione naturale e sul flusso d'aria negli edifici per elaborare il modello di progettazione verticale dell'aria forzata per la camera. "La chiave del progetto è lo stretto controllo della forza del flusso d'aria e della sua direzione", afferma. “La forza del flusso d’aria che passa direttamente attraverso le casse di frutta e verdura, e il percorso del flusso d’aria stesso, sono ciò che fa funzionare così bene questo sistema. Il design favorisce il raffreddamento rapido di un raccolto prelevato direttamente dal campo. "Oltre al nuovo ed efficace sistema di flusso d'aria, la camera di raffreddamento evaporativo ad aria forzata rappresenta gran parte di ciò per cui D-Lab è noto nel suo lavoro in settori con poche risorse e comunità off-grid: sviluppo di tecnologie a basso costo e a basso impatto ambientale con i partner. Il raffreddamento evaporativo non è diverso. Sia che sia collegata alla rete elettrica o gestita da pannelli solari, la camera ad aria forzata consuma un quarto dell'energia delle celle frigorifere. E, poiché la camera è progettata per essere costruita in un container usato – onnipresente in tutto il mondo – il progetto è un ottimo esempio di upcycling. Pilotaggio del progetto Come per le indagini precedenti, Verploegen, Glicksman e i loro colleghi hanno lavorato a stretto contatto con agricoltori e membri della comunità. Per il sistema ad aria forzata, il team ha collaborato con i partner della comunità che vivono la necessità di migliori condizioni di raffreddamento e conservazione per i loro prodotti nelle condizioni climatiche in cui il raffreddamento evaporativo funziona meglio. Due partner, uno in Kenya e uno in India, hanno costruito ciascuno una camera pilota, testando e informando il processo insieme al lavoro svolto al MIT. In Kenya, dove le piccole aziende agricole producono il 63% del cibo totale consumato e oltre il 50% dei prodotti dei piccoli proprietari viene perso dopo il raccolto, hanno lavorato con Solar Freeze, un'azienda di celle frigorifere con sede a Kibwezi, in Kenya. Solar Freeze, il cui fondatore Dysmus Kisilu è stato membro del D-Lab Scale-Ups Fellow del MIT del 2019, ha costruito una camera di raffreddamento evaporativo ad aria forzata off-grid in un mercato di prodotti ortofrutticoli tra Nairobi e Mombasa al costo di $ 15.000, alimentato da pannelli solari fotovoltaici. “La camera offre una rete di sicurezza contro le enormi perdite post-raccolto subite in precedenza dai piccoli agricoltori locali”, commenta Peter Mumo, un imprenditore e politico locale che ha supervisionato la costruzione della camera di congelamento solare nella contea di Makuni, in Kenya. La percentuale di frutta e verdura prodotta in India viene sprecata ogni anno a causa dell’insufficiente capacità di celle frigorifere, della mancanza di celle frigorifere vicino alle aziende agricole, delle scarse infrastrutture di trasporto e di altre lacune nella catena del freddo. Sebbene il clima vari nel subcontinente, il clima caldo del deserto, come a Bhuj dove ha sede la Fondazione Hunnarshala, è perfetto per il raffreddamento evaporativo. Hunnarshala ha firmato per costruire un sistema on-grid per 8.100 dollari, che hanno localizzato in una fattoria biologica vicino a Bhuj. "Abbiamo risultati davvero incoraggianti", afferma Mahavir Acharya, direttore esecutivo della Fondazione Hunnarshala. "Nel periodo di punta dell'estate, quando la temperatura è di 42 [Celsius], riusciamo a raggiungere i 26 gradi [Celsius] all'interno e il 95% di umidità, condizioni davvero buone affinché le verdure rimangano fresche per tre, quattro, cinque, sei giorni. In inverno abbiamo testato [e abbiamo visto le temperature ridursi da] 35 gradi a 24 gradi [Celsius], e per sette giorni la qualità è stata abbastanza buona. "Stiamo continuando a testare e ottimizzare il sistema, sia in Kenya che in India, così come le nostre camere di prova qui al MIT", afferma Verploegen. “Continueremo la sperimentazione con gli utenti e l’implementazione con agricoltori e venditori, raccogliendo dati sulle prestazioni termiche, sulla durata di conservazione di frutta e verdura nella camera e sull’impatto dell’utilizzo della tecnologia sugli utenti. Inoltre, stiamo cercando di collaborare con fornitori di celle frigorifere che potrebbero voler costruire questo o altri nella catena del valore dell'orticoltura, come cooperative di agricoltori, singoli agricoltori e governi locali”. Per raggiungere il maggior numero di potenziali utenti, Verploegen e il team ha scelto di non perseguire un brevetto e di creare invece un sito Web per diffondere il progetto open source con una guida dettagliata su come costruire una camera di raffreddamento evaporativo ad aria forzata. Oltre all'ampia documentazione stampata, ben illustrata con disegni CAD e video dettagliati, il team ha creato video didattici. In qualità di co-investigatore principale nelle prime fasi del progetto, il professore di ingegneria meccanica del MIT Dan Frey ha contribuito alla ricerca di mercato fase del progetto e concezione iniziale del design della camera. “Queste camere di raffreddamento evaporativo ad aria forzata hanno un grande potenziale e l’approccio open source è una scelta eccellente per questo progetto”, afferma Frey. "Il rilascio del progetto rappresenta una pietra miliare significativa nel percorso verso impatti positivi." La ricerca e la progettazione della camera di raffreddamento evaporativo ad aria forzata sono state supportate dall'Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab attraverso un India Grant, Seed Grant e un Solutions Concessione.