У САД-у је регистровано више од милион беспилотних летелица. Већина њих припада људима који их лете због забаве, али све већи број их се комерцијално користи. Компаније укључујући Амазон, УПС, Гоогле и ДХЛ већ истражују начине испоруке пакета са беспилотним летелицама уместо камиона. Наше ново истраживање измерило је како би се та промена променила на начин на који САД користе енергију и резултирајући утицај на животну средину.
Открили смо да би у неким случајевима употреба беспилотних беспилотних летелица, а не камиона или комбија на дизел, могла да смањи потрошњу енергије и емисију гасова са ефектом стаклене баште. Али у другим случајевима, коришћење камиона - посебно возила на електрични погон - било би ефикасније и чистије.
Амерички сектор електричне енергије нагло прелази на производњу електричне енергије уз мање емисије гасова са ефектом стаклене баште. Али превоз је и даље у великој мери погоњен нафтима и сада је највећи извор емисије гасова са ефектом стаклене баште у САД-у. Око четвртине транспортних емисија, што је еквивалентно 415 милиона тона угљен-диоксида, долази из средњих и тешких царинске камионе, врсте возила која испоручују терет до складишта, предузећа и домова потрошача.
Смањење потребе за камионом испоруком неких пакета са електричним беспилотним беспилотним летелицама могло би уштедети гориво и потенцијално емисију угљеника. Моделирали смо колико ће енергије испоручивати беспилотне летелице и како би се то разликовало од начина испоруке пакета сада.
Проналажење потрошње дрона
Прво, наш тим - предвођен из Националне лабораторије Лавренце Ливерморе, укључујући истраживаче са Универзитета Царнегие Меллон, СРИ Интернатионал и Универзитета Цолорадо-Боулдер - измерио је потрошњу енергије дронова у стилу куадцоптер-а и оцтоцоптер-а који носе различите корисне оптерећења. Количина енергије коју беспилотни летелица користи зависи од тога колико је тешки дрон тежак, његових батерија и свих пакета које носи - као и од других фактора, укључујући брзину кретања и услове ветра.
Да бисмо направили свеобухватну процену, смјестили смо се на куадцоптер беспилотну летјелицу која може испоручити пакет од 1, 1 килограма (0, 5 кг) и дрог октокоптер који може испоручити пакет од 8, 6 фунти (8 кг), сваки са дометом од око 2, 5 миље (4 км). Размотрили смо читав низ батеријских технологија и горива, али смо се фокусирали на литијумске батерије за наш основни случај, јер управо то покреће најактуелније електричне дронове.
Упоређивање емисија
Иако се бори с гравитацијом да остане високо, електрични беспилотни летелица троши много мање енергије по километру од тешког камиона за допремање челика који гори дизелско гориво. Међутим, камион или комби може превозити више пакета одједном, тако да се за сваки пакет морају распоредити енергетске потребе и утицаји на животну средину.
Различита доставна возила могу се покретати на дизел, природни гас, струју или бензин, а свако има различите карактеристике енергије и емисије. Такође смо укључили утицаје на животну средину стварања ових горива и израде електричних акумулатора. Енергија потребна за претварање сирове нафте у дизелско гориво може додати додатних 20 процената стакленичких гасова или количини која настаје приликом сагоревања горива. И док се производња батерија побољшава, стварање батерија и даље ствара угљен диоксид.
Затим смо израчунали количину емисије гасова са ефектом стаклене баште. Сагоријевање галона дизелским горивом емитује око 10 кг угљен-диоксида, али емисије из електричне енергије варирају у зависности од региона, у зависности од начина његовог генерисања. Нека подручја сагоревају више угља и природног гаса за производњу електричне енергије, док друга имају мање фосилних горива и више се ослањају на нуклеарну, хидроенергију, ветар и соларну енергију.
Генерално, производња електричне енергије у САД-у временом је чишћа. Како бисмо показали распон енергетских потреба и утицаја на животну средину, посебно смо обратили пажњу на Калифорнију која има ниско-угљеничну мрежу и Миссоури која је у региону који има велике угљенике.
Додатна складишта?
Поред тога, компаније да би служиле беспилотне летелице ограниченог домета морале би да промене начин на који њихови системи за испоруку троше енергију. Дронови су могли превозити предмете у више ногу, готово као Пони Екпресс или сценске тренерке с коњима у раним данима америчког запада. Или, како Амазон тестира, мања локална складишта могла би служити кључним одредиштима за доставу у распону дронова.
Прорачунали смо да ће за послуживање града Сан Франциска бити потребно око четири градска складишта са беспилотним базама. Да би се покрило веће подручје залива, требало би на десетине нових магацина, од којих је сваком потребно струја и потенцијално природни гас за рад, баш као и остала складишта. Укључили смо ову додатну потрошњу енергије у наше процене.
Мала испорука беспилотних дронова може уштедјети емисију
Комбинујући све факторе, открили смо да достава пакета са малим беспилотним летелицама може бити боља за околину од испоруке камионима. У САД-у, испорука пакета камионима резултира са око 1 кг емисије гасова са ефектом стаклене баште. У Калифорнији, испорука дрога малог пакета резултирала би око 0, 42 кг емисије гасова са ефектом стаклене баште. То је уштеда од 54 процента од 0, 92 кг стакленичких гасова повезаних са пакетом који је испоручен камионом у тој држави. У Миссоури-у који има велике количине угљеника побољшање би било мање - само смањење од 23 процента -, али ипак боље.
Мали дронови били су бољи од било којег камиона или комбија, било да их покрећу дизел гориво, бензин, природни гас или чак електрична енергија.
Наши налази о већим дроновима били су мање јасни. Били су 9 процената бољи од дизелаша у Калифорнији, али много горе када су наплаћени у Миссоурију. Будући да великим дроновима треба више киловат-сати да прелете километражу, за велике беспилотне летелице заиста је важно интензитет угљеника електричне енергије. Чак и на местима где се енергија обично производи из чистих извора, вероватно је боље испоручити веће пакете с електричним комбијима или електричним камионима, а не великим дроновима, због додатне складишне енергије потребне за беспилотне летелице.
Али ако сте заборавили тај битни састојак вечерашње вечере, наша открића сугеришу да је много боље да намирницу пошаљете дроном, него да аутомобил однесете у продавницу и назад.
Следећи кораци за одрживост
Као и сваки енергетски модел, и наше процене се могу мењати у зависности од претпоставки које се користе. Количина простора која је потребна за складиштење пакета за беспилотне летелице и колико енергије троше дронови, важни су фактори, као што је и угљенични отисак електричне енергије. У нашем раду истражујемо како се резултати мењају под различитим претпоставкама.
За земаљска доставна возила најбољи начини за побољшање ефикасности укључују повећање броја пакета испоручених по километру или прелазак на електричне доставне камионе или комбије.
Пошто све више компанија почиње да користи дронове, испорука пакета биће један од њихових задатака. Како би максимизирали потенцијалне предности за животну средину, компаније би се требале фокусирати на кориштење мањих дронова набијених нискомогљичном струјом за испоруку лаких пакета и на ограничавање колико складишног простора је посвећено послуживању беспилотних дронова. Тежи пакети су вероватно најприкладнији за ефикасна, често електрична, приземна возила. Највећи добитак доћи ће од побољшања енергетске ефикасности складишта и, што је најважније, смањења количине електричне енергије произведене из горива са много угља. Сада морамо учинити нешто о буци свих оних пропелера изнад њих.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Цонстантине Самарас, доцент грађевинарства и животне средине на Универзитету Царнегие Меллон
Јосхуах Столарофф, научник за заштиту животне средине, Национална лабораторија Лавренце Ливерморе
