USA-s on registreeritud üle miljoni drooni. Enamik neist kuulub inimestele, kes neid lõbu pärast lendavad, kuid üha enam kasutatakse neid kommertsiaalselt. Ettevõtted, sealhulgas Amazon, UPS, Google ja DHL, juba uurivad võimalusi, kuidas pakke pakkida veoautode asemel droonidega. Meie uus uurimistöö on mõõtnud, kuidas see nihe muudaks seda, kuidas USA energiat kasutab, ja sellest tulenev keskkonnamõju.
Leidsime, et mõnel juhul võib diiselmootoriga veoautode või kaubikute asemel kasutada elektrimootoriga droone, mis vähendavad energiatarbimist ja kasvuhoonegaaside heitkoguseid. Kuid muudel juhtudel oleks veoautode - eriti elektrimootoritega - kasutamine tõhusam ja puhtam.
USA elektrisektor on kiiresti üleminekul väiksema kasvuhoonegaaside heitkogusega elektrienergia tootmisele. Transpordi mootoriks on endiselt suures osas naftast toodetud kütused ja see on nüüd USA-s suurim kasvuhoonegaaside heitkoguste allikas. Ligikaudu veerand transpordi heitkogustest, mis võrdub 415 miljoni tonni süsinikdioksiidiga, pärineb keskmisest ja raskest kütusest. tollimaksuveokid, sõidukitüübid, mis veavad kaupa ladudesse, ettevõtetesse ja tarbijate kodudesse.
Autovedude vajaduse vähendamine, osutades mõned paketid elektriliste droonidega, võib säästa kütust ja potentsiaalselt süsinikuheidet. Me modelleerisime, kui palju energiat droonide kohaletoimetamine kulutaks ja kuidas see erineks viisidest, kuidas pakke praegu tarnitakse.
Drooni energiakasutuse leidmine
Esiteks mõõtis meie meeskond - Lawrence Livermore'i riikliku labori juurest, kuhu kuulusid ka teadlased Carnegie Melloni ülikoolist, SRI Internationalist ja Colorado ülikoolist - Boulder, erinevat koormat kandvate kvadkopteri ja oktokopteri stiilis droonide energiakasutust. Drooni kasutatav energiakogus sõltub drooni enda raskusest, selle akudest ja mis tahes pakenditest, mida ta kannab - ning ka muudest teguritest, sealhulgas sellest, kui kiiresti see liigub ja tuuleoludest.
Üldhinnangu koostamiseks asusime neljakandilise drooni külge, mis on võimeline toimetama 1, 1 naela (0, 5 kg) paketi, ja oktokopteriga drooni, mis on võimeline toimetama 17, 6 naela (8 kg) pakki, mille iga ulatus on umbes 2, 5 miili. (4 km). Kaalusime mitmesuguseid akutehnoloogiaid ja kütuseid, kuid keskendusime põhialuses liitiumipõhistele akudele, sest just see annab kõigele uuemale elektrilise drooni võimule.
Heite võrdlus
Ehkki see võitleb raskusega, et püsida kõrgel, kasutab elektriline droon miili kohta palju vähem energiat kui raske terasest tarneveok, mis põletab diislikütust. Kuid kaubaauto või kaubik võib vedada paljusid pakke korraga, seega tuleb energiavajadused ja keskkonnamõjud jaotada ühe pakendi kohta.
Erinevad tarnesõidukid võivad töötada diislikütuse, maagaasi, elektri või bensiiniga, millel on erinevad energia- ja heiteomadused. Lisasime ka nende kütuste ja elektrisõidukite akude valmistamise keskkonnamõjud. Toornafta diiselkütuseks muutmiseks vajalik energia võib kütuse põlemisel tekkivale kogusele lisada veel 20 protsenti või rohkem kasvuhoonegaase. Ja kuigi patareide tootmine paraneb, tekitab patareide valmistamine ikkagi süsihappegaasi.
Siis arvutasime välja kasvuhoonegaaside koguse. Gallonit diislikütuse põletamisel eraldub umbes 10 kg süsinikdioksiidi, kuid elektrienergia heitkogused on piirkonniti erinevad, sõltuvalt sellest, kuidas see tekib. Mõnes piirkonnas põletatakse energia saamiseks rohkem kivisütt ja maagaasi, samas kui teistes on vähem fossiilseid kütuseid ja nad sõltuvad rohkem tuuma-, hüdro-, tuule- ja päikeseenergiast.
Üldiselt muutub USA elektrienergia tootmine aja jooksul puhtamaks. Energiavajaduste ja keskkonnamõjude ulatuse näitamiseks pöörasime erilist tähelepanu Californias, kus on vähe süsinikuheiteid tekitavat võrku, ja Missourile, mis asub süsinikumahukas piirkonnas.
Lisalaod?
Lisaks peaksid piiratud ulatusega droonide teenindamiseks ettevõtted muutma seda, kuidas nende kohaletoimetamissüsteemid energiat kasutavad. Droonid võisid vedada esemeid mitme jalaga, peaaegu nagu Pony Express või lavatreenerid ameerika lääne algusaegadel hobustega. Või nagu Amazon seda testib, võiksid väiksemad kohalikud laod teenindada droonide ulatuse piires peamisi kohaletoimetamise sihtkohti.
Arvutasime, et San Francisco linna teenindamiseks oleks vaja umbes nelja droonibaasidega linnaladu. Suurema lahe piirkonna katmiseks oleks vaja kümneid uusi ladusid, mis kõik vajaksid töötamiseks elektrit ja potentsiaalselt maagaasi, nagu ka muud laod. Lisasime selle täiendava energiatarbimise oma hinnangutesse.
Väike droonide kohaletoimetamine võib heitkoguseid kokku hoida
Kõiki tegureid ühendades leidsime, et väikeste droonidega paki kohaletoimetamine võib olla keskkonnale parem kui veoautodega kohaletoimetamine. USA-s põhjustab keskmiselt paki kohaletoimetamine veoautodega umbes 1 kg kasvuhoonegaaside heidet. Californias tooks väikepakendi drooniga toimetamine umbes 0, 42 kg kasvuhoonegaaside heitkoguseid. See on 54-protsendiline kokkuhoid võrreldes 0, 92 kg kasvuhoonegaasidega, mis on seotud veokiga selles riigis pakitud pakendiga. Süsinikumahukas Missouris oleks parandus väiksem - vaid 23-protsendiline vähendamine -, kuid siiski parem.
Väikesed droonid olid paremad kui ükski veoauto või kaubik, olgu mootoriks diislikütus, bensiin, maagaas või isegi elekter.
Meie leiud suuremate droonide kohta olid vähem selged. Need olid Californias 9 protsenti paremad kui diiselveokid, kuid Missouris laadimisel palju halvemad. Kuna suured droonid vajavad miili läbimiseks rohkem kilovatt-tunde, on suurte droonide jaoks elektri süsiniku intensiivsus tõesti oluline. Isegi kohtades, kus energiat toodetakse tavaliselt puhastest allikatest, on droonide jaoks vajaliku lisaenergia tõttu ilmselt parem tarnida suuremaid pakke elektriliste kaubikute või elektriliste veoautodega, mitte suurte droonidega.
Kuid kui unustasite selle õhtuse õhtusöögi jaoks olulise koostisosa, viitavad meie järeldused, et palju parem oleks, kui toidupood saadaks selle teile drooniga, mitte ei viiks autot poodi ega tagasi.
Jätkusuutlikkuse järgmised sammud
Nagu iga energiamudel, võivad ka meie hinnangud sõltuvalt kasutatud eeldustest muutuda. Olulised tegurid on droonide pakendite hoiustamiseks vajalik ruumi suurus ja see, kui palju energiat droonid kasutavad, nagu ka kasutatud elektri süsiniku jalajälg. Oma töös uurime, kuidas tulemused erinevate eelduste korral muutuvad.
Maismaasõidukite puhul on parimateks tõhususe parandamise viisideks miili kohta tarnitud pakkide arvu suurendamine või elektrilistele kaubaautode või kaubikutele üleminek.
Kuna üha rohkem ettevõtteid hakkab droone kasutama, on paketi kohaletoimetamine üks nende ülesanne. Võimaliku keskkonnaalase kasu maksimeerimiseks peaksid ettevõtted keskenduma väiksemate süsinikdioksiidiheitega elektrienergiaga droonide kasutamisele kergete pakendite tarnimisel ja piirata, kui palju laopinda on tarne droonide teenindamiseks ette nähtud. Tõsisemad pakendid sobivad tõenäoliselt kõige paremini tõhusatele, sageli elektrilistele maapealsetele transpordivahenditele. Suurim kasu on ladude energiatõhususe parandamine ja süsiniku intensiivsetest kütustest toodetava elektrienergia vähendamine. Nüüd peame lihtsalt midagi tegema kõigi nende õhusõidukite müra kohal.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
Constantine Samaras, Carnegie Melloni ülikooli tsiviil- ja keskkonnatehnika abiprofessor
Joshuah Stolaroff, Lawrence Livermore'i riikliku labori keskkonnateadlane
