Ada lebih dari 1 juta drone yang terdaftar di AS. Sebagian besar milik orang yang menerbangkannya untuk bersenang-senang, tetapi semakin banyak yang digunakan secara komersial. Perusahaan termasuk Amazon, UPS, Google dan DHL sudah menjajaki cara untuk mengirimkan paket dengan drone, bukan truk. Penelitian baru kami telah mengukur bagaimana perubahan itu akan mengubah cara AS menggunakan energi, dan dampak lingkungan yang dihasilkan.
Kami menemukan bahwa dalam beberapa kasus menggunakan drone bertenaga listrik daripada truk atau van bertenaga diesel dapat mengurangi penggunaan energi dan emisi gas rumah kaca. Tetapi dalam kasus lain, menggunakan truk - terutama yang bertenaga listrik - akan lebih efisien dan bersih.
Sektor kelistrikan AS telah dengan cepat beralih ke menghasilkan tenaga dengan lebih sedikit emisi gas rumah kaca. Tetapi transportasi sebagian besar masih didukung oleh bahan bakar yang terbuat dari minyak dan sekarang merupakan sumber terbesar emisi gas rumah kaca di AS. Sekitar seperempat dari emisi transportasi, setara dengan 415 juta metrik ton karbon dioksida, berasal dari menengah dan berat. truk tugas, jenis kendaraan yang mengirimkan barang ke gudang, bisnis, dan rumah konsumen.
Mengurangi kebutuhan truk dengan mengirimkan beberapa paket dengan drone listrik dapat menghemat bahan bakar, dan berpotensi emisi karbon. Kami memodelkan berapa banyak pengiriman energi drone akan digunakan, dan bagaimana itu akan berbeda dari cara paket dikirimkan sekarang.
Menemukan penggunaan energi drone
Pertama, tim kami - dipimpin oleh Lawrence Livermore National Laboratory, dan termasuk peneliti dari Carnegie Mellon University, SRI International dan University of Colorado – Boulder - mengukur penggunaan energi drone quadcopter dan gaya octocopter yang membawa muatan berbeda. Jumlah energi yang digunakan drone tergantung pada seberapa berat drone itu sendiri, baterainya dan paket apa pun yang dibawanya - serta faktor-faktor lain, termasuk seberapa cepat bergerak dan kondisi angin.
Untuk keperluan membuat perkiraan keseluruhan, kami memilih pesawat quadcopter yang mampu mengirimkan paket 1, 1 pound (0, 5 kg) dan pesawat octocopter yang mampu mengirimkan paket 17, 6 pound (8 kg), masing-masing dengan kisaran sekitar 2, 5 mil (4 km). Kami mempertimbangkan serangkaian teknologi baterai dan bahan bakar, tetapi berfokus pada baterai berbasis lithium untuk casing dasar kami, karena itulah yang memberi kekuatan pada kebanyakan drone listrik saat ini.
Membandingkan emisi
Meskipun melawan gravitasi untuk tetap tinggi, drone listrik menggunakan energi jauh lebih sedikit per mil daripada truk pengiriman baja berat yang membakar bahan bakar diesel. Tetapi truk atau van pengiriman dapat membawa banyak paket sekaligus, sehingga kebutuhan energi dan dampak lingkungan perlu dialokasikan per paket.
Kendaraan pengiriman yang berbeda dapat berjalan dengan diesel, gas alam, listrik atau bensin, masing-masing dengan berbagai karakteristik energi dan emisi. Kami juga memasukkan dampak lingkungan dari pembuatan bahan bakar ini dan pembuatan baterai kendaraan listrik. Energi yang dibutuhkan untuk mengubah minyak mentah menjadi bahan bakar diesel dapat menambah 20 persen atau lebih gas rumah kaca ke jumlah yang dihasilkan ketika bahan bakar dibakar. Dan sementara produksi baterai membaik, membuat baterai masih menghasilkan karbon dioksida.
Lalu kami menghitung jumlah gas rumah kaca yang dipancarkan. Membakar satu galon bahan bakar diesel memancarkan sekitar 10 kg karbon dioksida, tetapi emisi dari listrik bervariasi berdasarkan wilayah, tergantung pada bagaimana itu dihasilkan. Beberapa daerah membakar lebih banyak batu bara dan gas alam untuk menghasilkan tenaga, sementara yang lain memiliki lebih sedikit bahan bakar fosil dan lebih mengandalkan nuklir, tenaga air, angin dan tenaga surya.
Secara umum, pembangkit tenaga listrik di AS semakin bersih dari waktu ke waktu. Untuk menunjukkan kisaran kebutuhan energi dan dampak lingkungan, kami memberikan perhatian khusus ke California, yang memiliki jaringan rendah karbon, dan Missouri, yang berada di wilayah intensif karbon.
Gudang ekstra?
Selain itu, untuk melayani drone dengan jangkauan terbatas, perusahaan harus mengubah cara sistem pengiriman mereka menggunakan energi. Drone dapat mengangkut barang-barang dalam banyak kaki, hampir seperti Pony Express atau kereta kuda dengan kuda di masa-masa awal Barat Amerika. Atau, seperti yang sedang diuji Amazon, gudang lokal yang lebih kecil dapat melayani tujuan pengiriman utama dalam kisaran drone.
Kami menghitung bahwa melayani kota San Francisco akan membutuhkan sekitar empat gudang perkotaan dengan pangkalan drone. Untuk menutupi Bay Area yang lebih luas akan membutuhkan lusinan gudang baru, masing-masing membutuhkan listrik dan gas alam yang potensial untuk beroperasi, seperti halnya gudang lainnya. Kami memasukkan penggunaan energi ekstra ini dalam perkiraan kami.
Pengiriman drone kecil dapat menghemat emisi
Menggabungkan semua faktor, kami menemukan bahwa pengiriman paket dengan drone kecil bisa lebih baik bagi lingkungan daripada pengiriman dengan truk. Rata-rata di AS, pengiriman truk dari paket menghasilkan sekitar 1 kg emisi gas rumah kaca. Di California, pengiriman drone paket kecil akan menghasilkan sekitar 0, 42 kg emisi gas rumah kaca. Itu penghematan 54 persen dari 0, 92 kg gas rumah kaca yang terkait dengan paket yang dikirim oleh truk di negara bagian itu. Di Missouri yang intensif karbon, peningkatannya akan lebih kecil - hanya pengurangan 23 persen - tetapi masih lebih baik.
Drone kecil lebih baik daripada truk atau van mana pun, baik dengan bahan bakar diesel, bensin, gas alam, atau bahkan listrik.
Temuan kami tentang drone yang lebih besar kurang jelas. Mereka 9 persen lebih baik daripada truk diesel ketika di California, tetapi jauh lebih buruk ketika dibebankan di Missouri. Karena drone besar membutuhkan lebih banyak kilowatt-jam untuk terbang satu mil, intensitas karbon listrik sangat penting untuk drone besar. Bahkan di tempat-tempat di mana energi biasanya dihasilkan dari sumber bersih, mungkin lebih baik untuk mengirimkan paket yang lebih besar dengan van listrik atau truk listrik daripada drone besar, karena energi gudang tambahan yang diperlukan untuk drone.
Tetapi jika Anda lupa bahwa bahan penting untuk makan malam malam ini, temuan kami menyarankan bahwa jauh lebih baik untuk memiliki toko kelontong mengirimkannya kepada Anda dengan drone daripada membawa mobil Anda ke toko dan kembali.
Langkah selanjutnya untuk keberlanjutan
Seperti model energi mana pun, estimasi kami dapat berubah tergantung pada asumsi yang digunakan. Jumlah ruang yang dibutuhkan untuk menyimpan paket untuk drone, dan seberapa banyak energi yang digunakan drone, merupakan faktor penting, seperti halnya jejak karbon dari listrik yang digunakan. Dalam makalah kami, kami mengeksplorasi bagaimana hasilnya berubah di bawah asumsi yang berbeda.
Untuk kendaraan angkutan darat, cara terbaik untuk meningkatkan efisiensi adalah dengan meningkatkan jumlah paket yang dikirimkan per mil atau beralih ke truk atau van pengiriman listrik.
Semakin banyak perusahaan mulai menggunakan drone, pengiriman paket akan menjadi salah satu tugas mereka. Untuk memaksimalkan manfaat lingkungan yang potensial, perusahaan harus fokus menggunakan drone yang lebih kecil yang diisi dengan listrik rendah karbon untuk mengirimkan paket ringan, dan membatasi berapa banyak ruang gudang yang didedikasikan untuk melayani drone pengiriman. Paket yang lebih berat mungkin paling cocok untuk kendaraan darat yang efisien, seringkali listrik, . Keuntungan terbesar akan datang dari peningkatan efisiensi energi gudang dan, yang terpenting, mengurangi jumlah listrik yang dihasilkan dari bahan bakar intensif karbon. Sekarang kita hanya perlu melakukan sesuatu tentang kebisingan semua baling-baling di atas kepala.
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation.
Constantine Samaras, Asisten Profesor Teknik Sipil dan Lingkungan, Universitas Carnegie Mellon
Joshuah Stolaroff, Ilmuwan Lingkungan, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore
