Existem mais de 1 milhão de drones registrados nos EUA. A maioria deles pertence a pessoas que os pilotam por diversão, mas um número crescente é usado comercialmente. Empresas como Amazon, UPS, Google e DHL já estão explorando maneiras de entregar pacotes com drones em vez de caminhões. Nossa nova pesquisa mediu como essa mudança mudaria a maneira como os EUA usam energia e os efeitos ambientais resultantes.
Descobrimos que, em alguns casos, o uso de drones movidos a eletricidade, em vez de caminhões ou vans movidos a diesel, pode reduzir o uso de energia e as emissões de gases do efeito estufa. Mas em outros casos, o uso de caminhões - especialmente os movidos a eletricidade - seria mais eficiente e mais limpo.
O setor de eletricidade dos EUA tem se transformado rapidamente em geração de energia com menos emissões de gases do efeito estufa. Mas o transporte ainda é em grande parte alimentado por combustíveis feitos de petróleo e é agora a maior fonte de emissões de gases de efeito estufa nos EUA. Cerca de um quarto das emissões de transporte, o equivalente a 415 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono, vem de médio e pesado. caminhões de serviço, os tipos de veículos que entregam frete para armazéns, empresas e residências de consumidores.
Reduzir a necessidade de transporte por caminhão, entregando alguns pacotes com drones elétricos, poderia economizar combustível e potencialmente emissões de carbono. Modelamos a quantidade de distribuição de energia que os drones usariam e como ela seria diferente das formas como os pacotes são entregues agora.
Encontrando o uso de energia de um drone
Primeiro, nossa equipe - liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore, e incluindo pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon, SRI International e Universidade do Colorado - Boulder - mediu o uso de energia de drones quadcopter e octocopter carregando diferentes cargas úteis. A quantidade de energia que um drone usa depende de quão pesado é o drone, de suas baterias e de todos os pacotes que ele carrega - além de outros fatores, incluindo a velocidade com que está se movendo e as condições do vento.
Para o propósito de fazer uma estimativa geral, nós nos instalamos em um zangão quadcopter capaz de entregar um pacote de 1, 1 libra (0, 5 kg) e um drone octocopter capaz de entregar um pacote de 17, 6 libras (8 kg), cada um com um alcance de cerca de 2, 5 milhas. (4 km). Nós consideramos uma gama de tecnologias de baterias e combustíveis, mas focamos em baterias à base de lítio para o nosso caso base, porque é isso que alimenta os atuais drones elétricos.
Comparando emissões
Mesmo lutando contra a gravidade para permanecer no ar, um drone elétrico consome muito menos energia por quilômetro do que um caminhão pesado de aço que queima combustível diesel. Mas um caminhão de entrega ou van pode transportar muitos pacotes de uma só vez, então as necessidades de energia e os efeitos ambientais precisam ser alocados por pacote.
Diferentes veículos de entrega podem funcionar com diesel, gás natural, eletricidade ou gasolina, cada um com várias características de energia e emissões. Incluímos também os efeitos ambientais da fabricação desses combustíveis e da fabricação de baterias para veículos elétricos. A energia necessária para transformar petróleo bruto em combustível diesel pode adicionar outros 20% ou mais de gases do efeito estufa à quantidade gerada quando o combustível é queimado. E enquanto a fabricação de baterias está melhorando, as baterias ainda geram dióxido de carbono.
Então calculamos a quantidade de gases de efeito estufa emitidos. A queima de um galão de combustível diesel emite cerca de 10 kg de dióxido de carbono, mas as emissões da eletricidade variam de acordo com a região, dependendo de como ela é gerada. Algumas áreas queimam mais carvão e gás natural para gerar energia, enquanto outras têm menos combustíveis fósseis e dependem mais de energia nuclear, hidrelétrica, eólica e solar.
Em geral, a geração de energia elétrica nos EUA está ficando mais limpa ao longo do tempo. Para mostrar a gama de necessidades de energia e os efeitos ambientais, prestamos atenção especial à Califórnia, que tem uma rede de baixo carbono, e ao Missouri, que está em uma região intensiva em carbono.
Armazéns extras?
Além disso, para atender os drones com alcance limitado, as empresas teriam que mudar a forma como seus sistemas de entrega usam energia. Os drones podiam transportar itens em várias pernas, quase como o Pony Express ou as diligências faziam com cavalos nos primeiros dias do oeste americano. Ou, como a Amazon está testando, armazéns locais menores podem atender aos principais destinos de entrega dentro do alcance dos drones.
Calculamos que servir a cidade de São Francisco exigiria cerca de quatro armazéns urbanos com bases de drones. Cobrir a maior área da baía exigiria dezenas de novos armazéns, cada um precisando de eletricidade e potencialmente gás natural para operar, assim como outros armazéns. Incluímos esse uso extra de energia em nossas estimativas.
Entrega de pequenos drones pode economizar emissões
Combinando todos os fatores, descobrimos que a entrega de pacotes com pequenos drones pode ser melhor para o ambiente do que a entrega com caminhões. Em média, nos EUA, a entrega por caminhão de um pacote resulta em cerca de 1 kg de emissões de gases do efeito estufa. Na Califórnia, a entrega de um pequeno pacote resultaria em cerca de 0, 42 kg de emissões de gases de efeito estufa. Isso representa uma economia de 54% em relação aos 0, 92 kg de gases do efeito estufa associados a um pacote entregue por caminhão naquele estado. Em Missouri, intensivo em carbono, a melhora seria menor - apenas uma redução de 23% -, mas ainda melhor.
Pequenos drones eram melhores que qualquer caminhão ou van, movidos a diesel, gasolina, gás natural ou mesmo eletricidade.
Nossas descobertas sobre drones maiores foram menos claras. Eles eram 9% melhores do que os caminhões a diesel na Califórnia, mas muito piores quando carregados no Missouri. Como os drones grandes precisam de mais quilowatts-hora para percorrer uma milha, a intensidade de carbono da eletricidade é realmente importante para os grandes drones. Mesmo em lugares onde a energia é tipicamente gerada a partir de fontes limpas, é provavelmente melhor entregar pacotes maiores com vans elétricas ou caminhões elétricos em vez de grandes drones, por causa da energia extra de depósito necessária para os drones.
Mas se você esqueceu esse ingrediente essencial para o jantar de hoje à noite, nossas descobertas sugerem que é muito melhor que o supermercado envie para você por zangão, em vez de levar seu carro até a loja e voltar.
Próximos passos para a sustentabilidade
Como qualquer modelo de energia, nossas estimativas podem mudar dependendo das premissas utilizadas. A quantidade de espaço necessária para armazenar pacotes para drones e a quantidade de drones de energia usados são fatores importantes, assim como a pegada de carbono da eletricidade usada. Em nosso artigo, exploramos como os resultados mudam sob diferentes suposições.
Para veículos de entrega no solo, as melhores maneiras de melhorar a eficiência envolvem o aumento do número de pacotes entregues por milha ou a mudança para caminhões de entrega elétricos ou vans.
Quanto mais empresas começarem a usar drones, a entrega de pacotes será uma das tarefas deles. Para maximizar os potenciais benefícios ambientais, as empresas devem se concentrar no uso de drones menores carregados de eletricidade com baixo teor de carbono para fornecer pacotes leves e na limitação de quanto espaço de depósito é dedicado para atender os drones de entrega. Pacotes mais pesados provavelmente são mais adequados para veículos de entrega terrestres eficientes, geralmente elétricos. Os maiores ganhos virão da melhoria da eficiência energética dos armazéns e, crucialmente, da redução da quantidade de eletricidade gerada pelos combustíveis intensivos em carbono. Agora só temos que fazer algo sobre o ruído de todas aquelas hélices.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Constantine Samaras, Professora Assistente de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Carnegie Mellon
Joshuah Stolaroff, cientista ambiental, laboratório nacional de Lawrence Livermore
