Terdapat lebih daripada 1 juta dron yang didaftarkan di Amerika Syarikat Kebanyakannya tergolong dalam kalangan orang yang terbang untuk bersenang-senang, tetapi jumlah yang semakin banyak digunakan secara komersil. Syarikat-syarikat termasuk Amazon, UPS, Google dan DHL sudah meneroka cara untuk menghantar pakej dengan dron dan bukannya trak. Penyelidikan baru kami telah mengukur bagaimana pergeseran itu akan mengubah bagaimana AS menggunakan tenaga, dan kesan alam sekitar yang dihasilkan.
Kami mendapati bahawa dalam beberapa kes menggunakan dron bertenaga elektrik dan bukannya trak atau van berkuasa diesel dapat mengurangkan penggunaan tenaga dan pelepasan gas rumah hijau. Tetapi dalam kes lain, menggunakan trak - terutama yang berkuasa elektrik - akan lebih cekap dan bersih.
Sektor elektrik AS telah beralih dengan pantas untuk menghasilkan kuasa dengan pelepasan gas rumah kaca yang lebih sedikit. Tetapi pengangkutan masih sebahagian besarnya dikuasakan oleh bahan api yang diperbuat daripada minyak dan kini merupakan sumber terbesar pelepasan gas rumah hijau di AS. Sekitar satu perempat daripada pelepasan pengangkutan, bersamaan dengan 415 juta metrik tan karbon dioksida, berasal dari medium- trak tugas, jenis kenderaan yang menghantar barang ke gudang, perniagaan dan rumah pengguna.
Mengurangkan keperluan untuk trak dengan menyampaikan beberapa pakej dengan dron elektrik dapat menjimatkan bahan bakar, dan potensi pelepasan karbon. Kami memodelkan berapa banyak penghantaran drone tenaga yang akan digunakan, dan bagaimana ia akan berbeza dari pakej cara yang dihantar sekarang.
Mencari penggunaan tenaga dram
Pertama, pasukan kami - yang diketuai dari Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, dan termasuk penyelidik dari Universiti Carnegie Mellon, SRI International dan University of Colorado-Boulder - mengukur penggunaan tenaga quadcopter dan octocopter style drones yang membawa muatan yang berlainan. Penggunaan tenaga yang digunakan oleh drone bergantung pada seberapa berat drone itu sendiri, bateri dan apa sahaja pakej yang dibawa - serta faktor-faktor lain, termasuk berapa cepat ia bergerak dan keadaan angin.
Untuk tujuan membuat anggaran secara keseluruhan, kami menetap pada sebuah kapal terbang quadcopter yang mampu menyampaikan pakej 1.1 paun (0.5 kg) dan sebuah octocopter drone yang mampu menyampaikan pakej 17.6 pound (8 kg), masing-masing dengan jarak kira-kira 2.5 batu (4 km). Kami menganggap pelbagai teknologi bateri dan bahan api, tetapi memberi tumpuan kepada bateri berasaskan litium untuk kes asas kami, kerana itulah yang menguasai dron elektrik terkini.
Membandingkan pelepasan
Walaupun ia menentang graviti untuk terus bertambah tinggi, sebuah drone elektrik menggunakan tenaga yang lebih sedikit per mil daripada bahan bakar diesel pembakaran keluli berat. Tetapi trak penghantaran atau van boleh membawa banyak pakej sekaligus, jadi keperluan tenaga dan kesan persekitaran perlu diperuntukkan setiap pakej.
Kenderaan penghantaran yang berlainan boleh dijalankan di diesel, gas asli, elektrik atau petrol, masing-masing dengan pelbagai ciri-ciri tenaga dan pelepasan. Kami juga termasuk kesan alam sekitar untuk membuat bahan api ini dan membuat bateri kenderaan elektrik. Tenaga yang diperlukan untuk menghidupkan minyak mentah ke dalam bahan api diesel boleh menambah 20 peratus atau lebih gas rumah kaca kepada jumlah yang dijana apabila bahan bakar dibakar. Dan sementara pembuatan bateri bertambah baik, menjadikan bateri masih menghasilkan karbon dioksida.
Kemudian kami mengira jumlah gas rumah hijau yang dipancarkan. Membakar galon bahan api diesel mengeluarkan kira-kira 10 kg karbon dioksida, tetapi pelepasan dari elektrik berbeza mengikut rantau, bergantung kepada bagaimana ia dijana. Sesetengah kawasan membakar lebih banyak arang batu dan gas asli untuk menjana kuasa, sementara yang lain mempunyai bahan api fosil yang lebih sedikit dan lebih bergantung pada nuklear, kuasa hidro, angin dan tenaga solar.
Secara umum, penjanaan kuasa elektrik di AS semakin bersih dari masa ke masa. Untuk menunjukkan pelbagai keperluan tenaga dan kesan alam sekitar, kami memberi perhatian khusus kepada California, yang mempunyai grid rendah karbon, dan Missouri, yang berada di kawasan yang berintensifkan karbon.
Gudang tambahan?
Di samping itu, untuk melayani dron dengan jarak yang terhad, syarikat-syarikat perlu mengubah cara sistem penyampaian mereka menggunakan tenaga. Drone boleh mengangkut barang-barang di beberapa kaki, hampir seperti Pony Express atau stagecoaches lakukan dengan kuda pada hari-hari awal Amerika Barat. Atau, seperti yang dilakukan oleh Amazon, gudang-gudang tempatan yang lebih kecil boleh menjadi destinasi penghantaran utama dalam lingkungan pesawat.
Kami mengira bahawa berkhidmat di bandar San Francisco akan memerlukan kira-kira empat gudang perkotaan dengan pangkalan pengebom. Untuk menampung kawasan Bay yang lebih besar akan memerlukan puluhan gudang baru, masing-masing memerlukan elektrik dan berpotensi gas asli untuk beroperasi, sama seperti gudang lain. Kami memasukkan penggunaan tenaga tambahan ini dalam anggaran kami.
Penghantaran drone kecil boleh menjimatkan pengeluaran
Menggabungkan semua faktor, kami dapati bahawa penghantaran pakej dengan pesawat kecil boleh menjadi lebih baik untuk persekitaran daripada penghantaran dengan trak. Rata-rata di Amerika Syarikat, penghantaran trak satu pakej menghasilkan kira-kira 1 kg pelepasan gas rumah hijau. Di California, penghantaran drone pakej kecil akan menghasilkan kira-kira 0.42 kg pelepasan gas rumah hijau. Itulah penjimatan sebanyak 54 peratus daripada 0.92 kg gas rumah hijau yang berkaitan dengan pakej yang dihantar oleh trak di negeri itu. Dalam intensif karbon Missouri pembaikan akan lebih kecil - hanya pengurangan 23 peratus - tetapi masih lebih baik.
Drong kecil lebih baik daripada trak atau van, sama ada didorong oleh bahan api diesel, petrol, gas asli atau elektrik.
Penemuan kami tentang drone yang lebih besar kurang jelas. Mereka adalah 9 peratus lebih baik daripada trak diesel ketika di California, tetapi lebih buruk apabila dikenakan di Missouri. Kerana dron besar memerlukan lebih banyak kilowatt-jam untuk terbang satu batu, intensiti karbon elektrik sangat penting untuk drone besar. Walaupun di tempat di mana tenaga biasanya dijana daripada sumber yang bersih, mungkin lebih baik untuk menyampaikan pakej yang lebih besar dengan van elektrik atau trak elektrik dan bukannya dron besar, kerana tenaga gudang tambahan yang diperlukan untuk dron.
Tetapi jika anda terlupa bahawa ramuan penting untuk makan malam malam ini, penemuan kami mencadangkan agar kedai runcit menghantarnya kepada anda dengan menggunakan drone daripada mengambil kereta anda ke kedai dan belakang.
Langkah seterusnya untuk kemampanan
Seperti mana-mana model tenaga, anggaran kami boleh berubah bergantung pada andaian yang digunakan. Jumlah ruang yang diperlukan untuk menyimpan pakej untuk pesawat terbang, dan berapa banyak penggunaan dron tenaga, adalah faktor penting, seperti jejak karbon elektrik yang digunakan. Dalam kertas kerja kami, kami meneroka bagaimana keputusan berubah mengikut andaian yang berbeza.
Bagi kenderaan penyampaian tanah, cara terbaik untuk meningkatkan kecekapan ialah meningkatkan bilangan bungkusan yang dihantar setiap mil atau beralih ke trak penghantaran atau van elektrik.
Apabila lebih banyak syarikat mula menggunakan pesawat, penghantaran pakej akan menjadi salah satu tugas mereka. Untuk memaksimumkan faedah-faedah alam sekitar yang berpotensi, syarikat harus menumpukan pada menggunakan pesawat yang lebih kecil yang dikenakan dengan elektrik rendah karbon untuk menyampaikan pakej cahaya, dan untuk mengehadkan berapa banyak ruang gudang khusus untuk melayani drone penghantaran. Pakej yang lebih cerah mungkin sesuai untuk kenderaan yang cekap, sering elektrik dan penghantaran tanah. Keuntungan terbesar akan diperoleh daripada peningkatan kecekapan tenaga gudang dan, dengan itu, mengurangkan jumlah tenaga elektrik yang dihasilkan daripada bahan api karbon intensif. Sekarang kita hanya perlu melakukan sesuatu mengenai bunyi semua penyokong di atas.
Artikel ini pada asalnya diterbitkan di The Conversation.
Constantine Samaras, Penolong Profesor Kejuruteraan Awam dan Alam Sekitar, Universiti Carnegie Mellon
Joshuah Stolaroff, Saintis Alam Sekitar, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore
