Hay más de 1 millón de drones registrados en los EE. UU. La mayoría de ellos pertenecen a personas que los vuelan por diversión, pero un número creciente se utiliza comercialmente. Empresas como Amazon, UPS, Google y DHL ya están explorando formas de entregar paquetes con drones en lugar de camiones. Nuestra nueva investigación ha medido cómo ese cambio cambiaría la forma en que Estados Unidos usa la energía y los efectos ambientales resultantes.
Descubrimos que, en algunos casos, el uso de drones con motor eléctrico en lugar de camiones o camionetas con motor diesel podría reducir el uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. Pero en otros casos, usar camiones, especialmente los que funcionan con electricidad, sería más eficiente y más limpio.
El sector eléctrico de los EE. UU. Ha estado pasando rápidamente a generar energía con menos emisiones de gases de efecto invernadero. Pero el transporte sigue siendo alimentado en gran parte por combustibles hechos de petróleo y ahora es la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero en los EE. UU. Aproximadamente una cuarta parte de las emisiones de transporte, el equivalente a 415 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono, proviene de medios y pesados camiones de servicio, los tipos de vehículos que entregan carga a almacenes, empresas y hogares de consumidores.
Reducir la necesidad de transportar camiones al entregar algunos paquetes con drones eléctricos podría ahorrar combustible y potencialmente emisiones de carbono. Modelamos cuánta energía usaría la entrega de drones y cómo sería diferente de la forma en que se entregan los paquetes ahora.
Encontrar el uso de energía de un dron
Primero, nuestro equipo, liderado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, e incluyendo investigadores de la Universidad Carnegie Mellon, SRI International y la Universidad de Colorado-Boulder, midieron el uso de energía de los drones de estilo quadcopter y octocopter con diferentes cargas útiles. La cantidad de energía que usa un dron depende de qué tan pesado sea el dron en sí, sus baterías y cualquier paquete que transporte, así como otros factores, incluida la velocidad de movimiento y las condiciones del viento.
Con el fin de hacer una estimación general, nos decidimos por un dron quadcopter capaz de entregar un paquete de 1.1 libras (0.5 kg) y un dron octocopter capaz de entregar un paquete de 17.6 libras (8 kg), cada uno con un alcance de aproximadamente 2.5 millas (4 km). Consideramos una gama de tecnologías y combustibles de batería, pero nos centramos en baterías a base de litio para nuestro caso base, porque eso es lo que alimenta a la mayoría de los drones eléctricos actuales.
Comparación de emisiones
A pesar de que está luchando contra la gravedad para mantenerse en el aire, un dron eléctrico usa mucha menos energía por milla que un camión de reparto de acero pesado que quema combustible diesel. Pero un camión o camioneta de reparto puede transportar muchos paquetes a la vez, por lo que las necesidades de energía y los efectos ambientales deben asignarse por paquete.
Diferentes vehículos de reparto pueden funcionar con diesel, gas natural, electricidad o gasolina, cada uno con varias características de energía y emisiones. También incluimos los efectos ambientales de fabricar estos combustibles y de fabricar baterías de vehículos eléctricos. La energía necesaria para convertir el petróleo crudo en combustible diesel puede agregar otro 20 por ciento o más de gases de efecto invernadero a la cantidad generada cuando se quema el combustible. Y aunque la fabricación de baterías está mejorando, fabricar baterías sigue generando dióxido de carbono.
Luego calculamos la cantidad de gases de efecto invernadero emitidos. Quemar un galón de combustible diesel emite alrededor de 10 kg de dióxido de carbono, pero las emisiones de la electricidad varían según la región, dependiendo de cómo se genere. Algunas áreas queman más carbón y gas natural para generar energía, mientras que otras tienen menos combustibles fósiles y dependen más de la energía nuclear, hidroeléctrica, eólica y solar.
En general, la generación de energía eléctrica en los Estados Unidos se está volviendo más limpia con el tiempo. Para mostrar la gama de necesidades energéticas y los efectos ambientales, prestamos especial atención a California, que tiene una red de bajas emisiones de carbono, y Missouri, que se encuentra en una región intensiva en carbono.
Almacenes adicionales?
Además, para servir aviones no tripulados con un alcance limitado, las empresas tendrían que cambiar la forma en que sus sistemas de entrega usan la energía. Los drones podían transportar artículos en múltiples patas, casi como el Pony Express o las diligencias con caballos en los primeros días del oeste americano. O, como Amazon está probando, almacenes locales más pequeños podrían servir destinos de entrega clave dentro del alcance de los drones.
Calculamos que servir a la ciudad de San Francisco requeriría unos cuatro almacenes urbanos con bases de drones. Para cubrir el área metropolitana de la Bahía se requerirían docenas de nuevos almacenes, cada uno de los cuales necesita electricidad y gas potencialmente natural para operar, al igual que otros almacenes. Incluimos este uso adicional de energía en nuestras estimaciones.
La entrega de pequeños drones puede ahorrar emisiones
Combinando todos los factores, descubrimos que la entrega de paquetes con pequeños drones puede ser mejor para el medio ambiente que la entrega con camiones. En promedio en los EE. UU., La entrega de un paquete por camión genera aproximadamente 1 kg de emisiones de gases de efecto invernadero. En California, la entrega de un pequeño paquete de aviones no tripulados generaría aproximadamente 0, 42 kg de emisiones de gases de efecto invernadero. Eso es un ahorro del 54 por ciento de los 0, 92 kg de gases de efecto invernadero asociados con un paquete entregado por camión en ese estado. En Missouri, que requiere mucho carbono, la mejora sería menor, solo una reducción del 23 por ciento, pero aún mejor.
Los drones pequeños eran mejores que cualquier camión o camioneta, ya sea que funcionaran con combustible diesel, gasolina, gas natural o incluso electricidad.
Nuestros hallazgos sobre drones más grandes fueron menos claros. Eran un 9 por ciento mejores que los camiones diésel cuando estaban en California, pero mucho peor cuando se cargaban en Missouri. Debido a que los drones grandes necesitan más kilovatios-hora para volar una milla, la intensidad de carbono de la electricidad realmente importa para los drones grandes. Incluso en lugares donde la energía generalmente se genera a partir de fuentes limpias, probablemente sea mejor entregar paquetes más grandes con camionetas eléctricas o camiones eléctricos en lugar de grandes drones, debido a la energía adicional del almacén necesaria para los drones.
Pero si olvidó ese ingrediente esencial para la cena de esta noche, nuestros hallazgos sugieren que es mucho mejor que la tienda de comestibles se lo envíe por dron en lugar de llevar su automóvil a la tienda y regresar.
Próximos pasos para la sostenibilidad
Como cualquier modelo de energía, nuestras estimaciones pueden cambiar según los supuestos utilizados. La cantidad de espacio necesario para almacenar paquetes para drones y la cantidad de energía que usan los drones son factores importantes, como lo es la huella de carbono de la electricidad utilizada. En nuestro artículo, exploramos cómo cambian los resultados bajo diferentes supuestos.
Para los vehículos de entrega terrestre, las mejores formas de mejorar la eficiencia implican aumentar el número de paquetes entregados por milla o cambiar a camiones o furgonetas de reparto eléctrico.
A medida que más empresas comiencen a usar drones, la entrega de paquetes será una de sus tareas. Para maximizar los beneficios ambientales potenciales, las empresas deberían centrarse en usar drones más pequeños cargados con electricidad baja en carbono para entregar paquetes de luz, y limitar la cantidad de espacio de almacén dedicado a servir drones de entrega. Los paquetes más pesados probablemente sean los más adecuados para vehículos de entrega terrestres eficientes, a menudo eléctricos. Las mayores ganancias vendrán de la mejora de la eficiencia energética de los almacenes y, de manera crucial, de la reducción de la cantidad de electricidad generada a partir de combustibles intensivos en carbono. Ahora solo tenemos que hacer algo sobre el ruido de todas esas hélices en lo alto.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.
Constantine Samaras, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, Universidad Carnegie Mellon
Joshuah Stolaroff, Científico Ambiental, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
