Der er mere end 1 million droner registreret i USA De fleste af dem hører til folk, der flyver dem for sjov, men et voksende antal bruges kommercielt. Virksomheder inklusive Amazon, UPS, Google og DHL undersøger allerede måder at levere pakker med droner i stedet for lastbiler. Vores nye forskning har målt, hvordan det skift ville ændre, hvordan USA bruger energi og de deraf følgende miljøeffekter.
Vi fandt, at brug af elektriske droner i nogle tilfælde i stedet for dieseldrevne lastbiler eller varevogne i nogle tilfælde kunne reducere energiforbruget og drivhusgasemissionerne. Men i andre tilfælde ville det være mere effektivt og renere at bruge lastbiler - især elektrisk drevne.
Den amerikanske elsektor er hurtigt i gang med at skifte til kraftproduktion med færre drivhusgasemissioner. Men transport drives stadig stort set af brændstoffer, der er fremstillet af olie, og er nu den største kilde til drivhusgasemissioner i USA Cirka en fjerdedel af transportemissionerne, svarende til 415 millioner ton kuldioxid, stammer fra mellem- og tung- lastbiler, de slags køretøjer, der leverer fragt til lagre, virksomheder og forbrugernes hjem.
At reducere behovet for lastbil ved at levere nogle pakker med elektriske droner kan spare brændstof og potentielt kulstofemissioner. Vi modellerede, hvor meget energiudlevering, der ville bruge, og hvordan det ville være anderledes end måderne, hvor pakker leveres nu.
Find en drones energiforbrug
Først målte vores team - ledet fra Lawrence Livermore National Laboratory og inklusive forskere fra Carnegie Mellon University, SRI International og University of Colorado – Boulder - energiforbruget af quadcopter- og octocopter-stil droner med forskellige nyttelast. Mængden af energi, som en drone bruger, afhænger af, hvor tung dronen selv er, dens batterier og hvilke pakker den bærer - såvel som andre faktorer, herunder hvor hurtigt den bevæger sig og vindforholdene.
Med henblik på at foretage et samlet skøn afregnede vi os med en quadcopter-drone, der var i stand til at levere en 1, 1 pund (0, 5 kg) pakke og en octocopter-drone, der var i stand til at levere en 17, 6 pund (8 kg) pakke, hver med en rækkevidde på cirka 2, 5 miles (4 km). Vi overvejede en række batteriteknologier og brændstoffer, men fokuserede på lithiumbaserede batterier til vores basetaske, fordi det er det, der styrker de fleste aktuelle elektriske droner.
Sammenligning af emissioner
Selvom det bekæmper tyngdekraften for at forblive højt, bruger en elektrisk drone meget mindre energi pr. Mile end en tung lastbil, der brænder dieselbrændstof. Men en lastbil eller varevogn kan transportere mange pakker på én gang, så energibehov og miljøeffekter skal fordeles pr. Pakke.
Forskellige leveringskøretøjer kan køre på diesel, naturgas, elektricitet eller benzin, hver med forskellige energi- og emissionskarakteristika. Vi inkluderede også miljøeffekten af fremstilling af disse brændstoffer og fremstilling af elektriske køretøjsbatterier. Den energi, der er nødvendig for at omdanne råolie til dieselolie, kan tilføje yderligere 20 procent eller mere af drivhusgasser til den mængde, der genereres, når brændstoffet brændes. Og mens batteriproduktionen forbedres, producerer batterier stadig kuldioxid.
Derefter beregnet vi mængden af udledte drivhusgasser. Forbrænding af en gallon diesel brændstof udsender cirka 10 kg kuldioxid, men emissioner fra elektricitet varierer efter område, afhængigt af hvordan det genereres. Nogle områder forbrænder mere kul og naturgas for at generere kraft, mens andre har færre fossile brændstoffer og er mere afhængige af atomkraft, vandkraft, vind og solenergi.
Generelt bliver elproduktion i USA renere med tiden. For at vise udvalget af energibehov og miljøeffekter var vi specielt opmærksomme på Californien, der har et kulstofnet, og Missouri, som er i en kulstofintensiv region.
Ekstra lagre?
For at betjene droner med begrænset rækkevidde skulle virksomhederne endvidere ændre, hvordan deres leveringssystemer bruger energi. Droner kunne transportere genstande i flere ben, næsten som Pony Express eller stagecoaches gjorde med heste i de tidlige dage af det amerikanske vest. Eller, som Amazon tester, mindre lokale lagre kunne tjene vigtige leveringsdestinationer inden for dronernes rækkevidde.
Vi beregnet, at betjening af byen San Francisco ville kræve omkring fire byoplag med drone-baser. Til dækning af det større Bay-område ville der kræves snesevis af nye lagre, der hver især har brug for elektricitet og potentielt naturgas til at fungere, ligesom andre lagre. Vi inkluderede denne ekstra energiforbrug i vores estimater.
Lille drone-levering kan spare emissioner
Ved at kombinere alle faktorer fandt vi, at pakkelevering med små droner kan være bedre for miljøet end levering med lastbiler. I USA i gennemsnit resulterer lastbillevering af en pakke i cirka 1 kg drivhusgasemissioner. I Californien ville dronelevering af en lille pakke resultere i ca. 0, 42 kg drivhusgasemissioner. Det er en besparelse på 54 procent fra de 0, 92 kg drivhusgasser, der er forbundet med en pakke leveret med lastbil i denne tilstand. I kulstofintensive Missouri ville forbedringen være mindre - kun en reduktion på 23 procent - men stadig bedre.
Små droner var bedre end nogen lastbil eller varevogn, hvad enten det var drevet af dieselbrændstof, benzin, naturgas eller endda elektricitet.
Vores fund om større droner var mindre tydelige. De var 9 procent bedre end dieselbiler i Californien, men meget værre, når de blev opladet i Missouri. Fordi store droner har brug for flere kilowatt-timer for at flyve en kilometer, betyder kulstofintensiteten af elektricitet virkelig noget for store droner. Selv på steder, hvor der typisk genereres energi fra rene kilder, er det sandsynligvis bedre at levere større pakker med elektriske varevogne eller elektriske lastbiler i stedet for store droner på grund af den ekstra lagerenergi, der er nødvendig til droner.
Men hvis du glemte den essentielle ingrediens til aftenens middag, antyder vores fund, at det er meget bedre at få købmanden til den med dig drone snarere end at tage din bil til butikken og tilbage.
Næste trin for bæredygtighed
Som enhver energimodel kan vores estimater ændres afhængigt af de anvendte antagelser. Mængden af plads, der er nødvendig til opbevaring af pakker til droner, og hvor meget energi, der bruger droner, er vigtige faktorer, ligesom kulstofaftrykket for den anvendte elektricitet. I vores artikel undersøger vi, hvordan resultaterne ændres under forskellige antagelser.
For jordleveringsbiler er de bedste måder at forbedre effektiviteten ved at øge antallet af pakker, der leveres pr. Mile eller skifte til elektriske fragtbiler eller varevogne.
Efterhånden som flere virksomheder begynder at bruge droner, vil pakkelevering være en af deres opgaver. For at maksimere de potentielle miljømæssige fordele bør virksomhederne fokusere på at bruge mindre droner, der er opladet med lav kulstofelektricitet til at levere lette pakker, og på at begrænse, hvor meget lagerplads der er dedikeret til at betjene leveringsdroner. Tyngre pakker er sandsynligvis bedst egnede til effektive, ofte elektriske, jordleveringsbiler. De største gevinster kommer fra forbedring af lagers energieffektivitet og afgørende reduktion af mængden af elektricitet, der genereres fra kulstofintensive brændstoffer. Nu skal vi bare gøre noget ved støj fra alle disse propeller.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Constantine Samaras, adjunkt i civil- og miljøteknik, Carnegie Mellon University
Joshuah Stolaroff, miljøforsker, Lawrence Livermore National Laboratory
