Több mint egymillió drón van regisztrálva az Egyesült Államokban. Legtöbbjük szórakozás céljából repülõ emberekhez tartozik, ám egyre növekvõ számban használják őket kereskedelemben. Az Amazon, a UPS, a Google és a DHL társaságok már megvizsgálják a csomagok drónokkal, teherautók helyett történő szállításának lehetőségeit. Új kutatásunk megmérte, hogy ez a változás hogyan változtatja meg az Egyesült Államok energiafelhasználását, és az ebből eredő környezeti hatásokat.
Megállapítottuk, hogy egyes esetekben dízelüzemű teherautók vagy kisteherautók helyett elektromos drónok használata csökkentheti az energiafelhasználást és az üvegházhatású gázok kibocsátását. Más esetekben azonban a teherautók - különösen az elektromos meghajtású járművek - használata hatékonyabb és tisztább lenne.
Az amerikai villamosenergia-ágazat gyorsan áttér az energiatermelésre, kevesebb üvegházhatású gázkibocsátással. A szállítást azonban továbbra is nagyrészt olajból előállított tüzelőanyagok hajtják, és ez az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának legnagyobb forrása az Egyesült Államokban. A közlekedésből származó kibocsátások egynegyede, ami 415 millió metrikus tonna szén-dioxidnak felel meg, közepes és nehéz tehergépkocsik, az a járműtípus, amely árut szállít raktárakba, üzletekbe és fogyasztói otthonokba.
Ha csökkentené az árufuvarozás szükségességét, ha egyes csomagokat elektromos drónokkal szállítana, üzemanyagot és potenciálisan szén-dioxid-kibocsátást takaríthat meg. Modelleztük, hogy mennyi energiát használjon a drón szállítás, és hogy ez mennyiben különbözik a csomagok mostani szállítási módjától.
Megismerheti a drón energiafelhasználását
Először csapatunk - a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium vezetésével - beleértve a Carnegie Mellon Egyetem, az SRI International és a Colorado Egyetem - Boulder kutatóit - megmérte a quadcopter és octocopter típusú drónok energiafelhasználását, különféle hasznos teherrel. A drón által felhasznált energia mennyisége attól függ, hogy mekkora nehéz a drón, az akkumulátoroktól és a csomagoktól függetlenül - és más tényezőktől, beleértve a sebességet és a szélviszonyokat is.
Az átfogó becslés céljából egy quadcopter drónon helyezkeztünk el, amely 1, 1 font (0, 5 kg) csomagot tud szállítani, és egy octocopter drónon, amely képes 17, 6 font (8 kg) csomag szállítására, mindegyik körülbelül 2, 5 mérföld távolságban. (4 km). Megvizsgáltunk egy sor akkumulátor-technológiát és üzemanyagot, de a ládium-alapú akkumulátorokra összpontosítottunk az alap esetünkben, mert ez az, ami a legtöbb jelenlegi elektromos drótot hatalmazza.
A kibocsátások összehasonlítása
Annak ellenére, hogy harcol a gravitációval, hogy alul maradjon, az elektromos drón mérföldre mérve sokkal kevesebb energiát fogyaszt, mint egy nehéz acél szállító teherautó, amely dízelüzemanyagot éget. De a tehergépkocsi vagy kisteherautó egyszerre több csomagot is szállíthat, tehát az energiaigényt és a környezeti hatásokat csomagonként kell elosztani.
Különböző szállítójárművek dízel, földgáz, villany vagy benzinnel is működhetnek, mindegyik eltérő energia- és kibocsátási jellemzőkkel rendelkezik. Beleértve a tüzelőanyagok előállításának és az elektromos járművek akkumulátorának előállításának környezeti hatásait is. A nyersolaj dízelüzemanyaggá történő átalakításához szükséges energia további 20% -ot vagy annál több üvegházhatású gázt adhat hozzá az üzemanyag elégetésekor keletkező mennyiséghez. És miközben az akkumulátorok gyártása javul, az elemek gyártása továbbra is széndioxidot eredményez.
Ezután kiszámítottuk a kibocsátott üvegházhatású gázok mennyiségét. Ha egy liter dízel üzemanyagot éget, körülbelül 10 kg szén-dioxidot bocsát ki, de a villamos energia kibocsátása régiónként változik, attól függően, hogy milyen módon keletkezik. Egyes területek több szént és földgázt égetnek el energiatermelés céljából, míg mások kevesebb fosszilis üzemanyagot használnak, és jobban támaszkodnak az atomenergia, a vízenergia, a szél- és a napenergia felhasználására.
Általában véve az USA-ban az elektromos áramtermelés egyre tisztább lesz. Az energiaigény és a környezeti hatások körének bemutatása érdekében különös figyelmet fordítottunk Kaliforniára, ahol alacsony szén-dioxid-kibocsátású rács van, és Missourire, amely szén-dioxid-igényes régióban található.
Extra raktárak?
Ezen felül a korlátozott hatótávolságú drónok kiszolgálása érdekében a vállalatoknak meg kellene változtatniuk, hogy szállítórendszereik hogyan használják az energiát. A drónok több lábon szállíthattak tárgyakat, csakúgy, mint a Pony Express vagy a színpadrajongók lovakkal az amerikai nyugat elején. Vagy amint az Amazon teszteli, a kisebb helyi raktárak kiszolgálhatják a legfontosabb kézbesítési célokat a drónok hatókörén belül.
Kiszámítottuk, hogy San Francisco városának kiszolgálása körülbelül négy városi raktárt igényel drón alapokkal. A nagyobb öbölterület lefedéséhez több tucat új raktárra lenne szükség, amelyek mindegyikéhez villamos energiára és potenciálisan földgázra is szükségük van, mint a többi raktárhoz. Becslésünkbe beépítettük ezt az extra energiafelhasználást.
A kis drónos szállítás megtakaríthatja a kibocsátást
Az összes tényezőt kombinálva azt találtuk, hogy a kis drónokkal történő csomagszállítás jobb lehet a környezet számára, mint a teherautókkal történő kézbesítés. Az USA-ban átlagosan a tehergépjármű-csomagszállítás kb. 1 kg üvegházhatású gáz-kibocsátást eredményez. Kaliforniában egy kis csomag drónos szállítása körülbelül 0, 42 kg üvegházhatásúgáz-kibocsátást eredményezne. Ez 54% -os megtakarítás a 0, 92 kg üvegházhatású gázokhoz kapcsolódóan, ha egy tehergépjárművel szállított csomag ebben az állapotban van. A szén-dioxid-igényes Missouri-ban a javulás kisebb lesz - csupán 23 százalékos csökkentés -, de még mindig jobb.
A kis drónok jobbak voltak, mint bármely teherautó vagy kisteherautó, akár dízel üzemanyaggal, benzintel, földgázzal, akár akár villamos energiával.
A nagyobb drónokkal kapcsolatos megállapításaink kevésbé voltak egyértelműek. Kaliforniában 9 százalékkal jobbak voltak, mint a dízel teherautók, de Missouriban sokkal rosszabbak. Mivel a nagy drónoknak több kilowattóra szükséges egy mérföld repüléséhez, a nagy drónok esetében az elektromos áram szén-intenzitása valóban fontos. Még azokon a helyeken, ahol az energiát általában tiszta forrásokból állítják elő, valószínűleg jobb a nagyobb csomagok szállítása elektromos kisteherautókkal vagy elektromos teherautókkal, nem pedig a nagy drónokkal, mert a drónokhoz szükséges extra raktári energia szükséges.
De ha elfelejtette ezt a lényeges összetevőt a ma esti vacsora számára, megállapításaink szerint sokkal jobb, ha az élelmiszerbolt drogon küldi el neked, ahelyett, hogy autóját viszi a boltba és vissza.
A fenntarthatóság következő lépései
Mint minden energiamodell, becsléseink az alkalmazott feltételezésektől függően változhatnak. Fontos tényezők, hogy mennyi hely szükséges a drónok csomagjainak tárolásához, és az, hogy mennyi energiát használnak a drónok, mint például a felhasznált villamos energia szénlábnyoma. Dolgozatunkban azt vizsgáljuk, hogy az eredmények hogyan változnak a különféle feltevések alapján.
A földi szállító járművek esetében a hatékonyság javításának legjobb módja a mérföldön belül kiszállított csomagok számának növelése vagy az elektromos szállító teherautókra vagy kisteherautókra való átállás.
Mivel egyre több vállalat kezdi el használni a drónokat, a csomagszállítás lesz a feladataik közé tartozik. A lehetséges környezeti előnyök maximalizálása érdekében a vállalatoknak koncentrálniuk kell az alacsony szén-dioxid-kibocsátású villamos energiával töltött kisebb drónok felhasználásával könnyű csomagok szállítására, valamint annak korlátozására, hogy mennyi raktárhelyet szánnak a szállító drónok kiszolgálására. A nehezebb csomagok valószínűleg a legmegfelelőbbek a hatékony, gyakran elektromos földi szállító járművekhez. A legnagyobb haszon a raktárak energiahatékonyságának javításával és döntő jelentőséggel bír a szén-intenzív üzemanyagokból előállított villamosenergia mennyiségének csökkentésével. Most csak meg kell tennünk valamit a fenti légcsavarok zajával kapcsolatban.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Constantine Samaras, a Carnegie Mellon Egyetem építőmérnöki asszisztense
Joshuah Stolaroff, a Lawrence Livermore Nemzeti laboratóriumi környezettudós
