Există mai mult de 1 milion de drone înregistrate în SUA. Majoritatea aparțin unor persoane care le zboară pentru distracție, dar un număr în creștere este folosit comercial. Companii, inclusiv Amazon, UPS, Google și DHL, explorează deja modalități de livrare a pachetelor cu drone în loc de camioane. Noua noastră cercetare a măsurat modul în care această schimbare s-ar schimba modul în care SUA consumă energia și efectele asupra mediului.
Am constatat că, în unele cazuri, utilizarea unor drone cu energie electrică, mai degrabă decât camioane sau autoutilitare pe motorină, ar putea reduce consumul de energie și emisiile de gaze cu efect de seră. Dar în alte cazuri, utilizarea camioanelor - în special a celor electrice - ar fi mai eficientă și mai curată.
Sectorul electric din SUA s-a tranziționat rapid la generarea de energie cu mai puține emisii de gaze cu efect de seră. Însă transportul este alimentat în mare măsură de combustibili obținuți din petrol și este acum cea mai mare sursă de emisii de gaze cu efect de seră din SUA Aproximativ un sfert din emisiile de transport, echivalentul a 415 milioane tone metrice de dioxid de carbon, provine din mediu și greoi- camioane de serviciu, tipurile de vehicule care livrează mărfuri către depozite, întreprinderi și casele consumatorilor.
Reducerea nevoii de camionare prin livrarea unor pachete cu drone electrice ar putea economisi combustibil și, posibil, emisiile de carbon. Am modelat cât de mult ar utiliza livrarea de drone de energie și cum ar fi diferit de modul în care sunt livrate pachetele acum.
Găsirea consumului de energie al unui drone
În primul rând, echipa noastră - condusă de Laboratorul Național Lawrence Livermore și care include cercetători de la Universitatea Carnegie Mellon, SRI International și Universitatea din Colorado – Boulder - a măsurat consumul de energie al cvadcopterului și dronei în stil octocopter care transportă sarcini diferite. Cantitatea de energie pe care o folosește drona depinde de cât de grea este drona în sine, de bateriile sale și de orice pachete transportă - precum și de alți factori, inclusiv de cât de rapid se mișcă și de condițiile vântului.
În scopul de a face o estimare generală, ne-am stabilit pe un drone quadcopter capabil să livreze un pachet de 1, 1 lire (0, 5 kg) și un drone octocopter capabil să livreze un pachet de 17, 6 lire (8 kg), fiecare cu o autonomie de aproximativ 2, 5 mile. (4 km). Am luat în considerare o serie de tehnologii și combustibili pentru baterii, dar ne-am concentrat pe bateriile pe bază de litiu pentru carcasa noastră de bază, pentru că asta este cel care alimentează cele mai multe drone electrice actuale.
Compararea emisiilor
Chiar dacă se combate gravitația pentru a rămâne în picioare, un drone electric folosește mult mai puțină energie pe kilometru decât un camion greu de livrare din oțel care arde combustibil diesel. Dar o camionetă sau o camionetă de livrare poate transporta multe pachete simultan, astfel încât nevoile de energie și efectele asupra mediului trebuie alocate pe pachet.
Diferite vehicule de livrare pot circula cu motorină, gaze naturale, electricitate sau benzină, fiecare având diferite caracteristici energetice și de emisii. Am inclus, de asemenea, efectele asupra mediului ale producerii acestor combustibili și a producerii de baterii electrice pentru vehicule. Energia necesară pentru transformarea țițeiului în combustibil diesel poate adăuga încă 20 la sută sau mai multe gaze cu efect de seră la cantitatea generată atunci când este ars combustibil. Și în timp ce producția de acumulatori se îmbunătățește, bateriile generează încă dioxid de carbon.
Apoi am calculat cantitatea de gaze cu efect de seră emise. Arderea unui galon de combustibil diesel emite aproximativ 10 kg de dioxid de carbon, dar emisiile din electricitate variază în funcție de regiune, în funcție de modul în care este generat. Unele zone ard mai mult cărbune și gaz natural pentru a genera energie, în timp ce altele au mai puțini combustibili fosili și se bazează mai mult pe energia nucleară, hidroenergetică, eoliană și solară.
În general, generarea de energie electrică în SUA este din ce în ce mai curată în timp. Pentru a arăta gama nevoilor de energie și a efectelor asupra mediului, am acordat o atenție deosebită Californiei, care are o rețea cu emisii reduse de carbon, și Missouri, care se află într-o regiune intens consumată de carbon.
Depozite suplimentare?
În plus, pentru a servi drone cu o gamă limitată, companiile ar trebui să modifice modul în care sistemele lor de livrare utilizează energia. Dronele ar putea transporta obiecte în mai multe picioare, aproape ca Pony Express sau antrenorii de scenă cu caii în primele zile ale Vestului American. Sau, după cum testează Amazon, depozitele locale mai mici ar putea servi destinații cheie de livrare în gama dronei.
Am calculat că deservirea orașului San Francisco ar necesita aproximativ patru depozite urbane cu baze drone. Pentru a acoperi zona de golf mai mare ar fi nevoie de zeci de depozite noi, fiecare având nevoie de energie electrică și gaz natural pentru a putea funcționa, la fel ca alte depozite. Am inclus această energie suplimentară în estimările noastre.
Livrarea de drone mici poate economisi emisiile
Combinând toți factorii, am constatat că livrarea pachetelor cu drone mici poate fi mai bună pentru mediu decât livrarea cu camioane. În medie, în SUA, livrarea unui pachet de camioane are ca rezultat aproximativ 1 kg de emisii de gaze cu efect de seră. În California, livrarea de drone a unui pachet mic ar duce la aproximativ 0, 42 kg emisii de gaze cu efect de seră. Aceasta este o economie de 54% din 0, 92 kg de gaze cu efect de seră asociate cu un pachet livrat de camion în acea stare. În Missouri, intensiv în carbon, îmbunătățirea ar fi mai mică - doar o reducere de 23 la sută - dar totuși mai bună.
Dronele mici erau mai bune decât orice camion sau camionetă, fie că erau alimentate cu motorină, benzină, gaze naturale sau chiar electricitate.
Descoperirile noastre despre drone mai mari au fost mai puțin clare. Erau cu 9% mai bune decât camioane diesel în California, dar mult mai rău atunci când erau încărcați în Missouri. Deoarece dronele mari au nevoie de mai mulți kilowati-ore pentru a zbura o milă, intensitatea carbonului a energiei electrice contează cu adevărat pentru drone mari. Chiar și în locurile în care energia este tipic generată din surse curate, este probabil mai bine să livrați pachete mai mari cu autoutilitare sau camioane electrice, mai degrabă decât drone mari, din cauza energiei suplimentare de depozitare necesare pentru drone.
Dar dacă ai uitat acel ingredient esențial pentru cina din noaptea asta, descoperirile noastre sugerează că este mult mai bine ca magazinul să-l trimită prin drone, mai degrabă decât să îți duci mașina în magazin și înapoi.
Următorii pași pentru sustenabilitate
Ca orice model energetic, estimările noastre se pot modifica în funcție de presupunerile utilizate. Cantitatea de spațiu necesară pentru stocarea pachetelor pentru drone și cât de mult se folosește dronele de energie sunt factori importanți, precum și amprenta de carbon a energiei electrice utilizate. În lucrarea noastră, vom explora modul în care rezultatele se schimbă sub diferite ipoteze.
Pentru vehiculele de livrare la sol, cele mai bune modalități de îmbunătățire a eficienței implică creșterea numărului de pachete livrate pe milă sau trecerea la camioane sau autoutilitare electrice.
Pe măsură ce mai multe companii încep să folosească drone, livrarea de pachete va fi una dintre sarcinile lor. Pentru a maximiza potențialele beneficii pentru mediu, companiile ar trebui să se concentreze pe utilizarea drone mai mici încărcate cu electricitate cu conținut scăzut de carbon pentru a livra pachete ușoare și pe limitarea cât spațiului de depozit este dedicat servirii dronei de livrare. Pachetele mai grele sunt cele mai potrivite pentru vehiculele de livrare la sol eficiente, adesea electrice. Cele mai mari câștiguri vor veni din îmbunătățirea eficienței energetice a depozitelor și, în mod crucial, din reducerea cantității de energie electrică generată de combustibilii cu consum de carbon. Acum trebuie doar să facem ceva despre zgomotul tuturor acelor elice de deasupra.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Constantin Samaras, profesor asistent de inginerie civilă și de mediu, Universitatea Carnegie Mellon
Joshuah Stolaroff, om de știință de mediu, Laboratorul Național Lawrence Livermore
