小型无人机比运输卡车 更适合气候变化

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时间:2018年4月23日 | 点击(1745)

译自:2018年3月【英国】carbonbrief网站
编译:工业和信息化部国际经济技术合作中心 房增强

  《自然通讯》近日对无人机快递服务的气候影响进行了研究。研究发现,当小型无人机携带包裹重量不超过0.5千克时,与美国任何地方的柴油或电动卡车相比,将减少温室气体排放量。但对于携带重包装的大型无人机而言,情况却并非如此。

无人机的游戏

  在过去的十年里,无人机的成本急剧下降。与此同时,电池能量存储的改进和电池成本的降低,增加了无人机的飞行距离。自动化和计算机视觉的进步使得人们可以设想无人机在不需要人工操作员的情况下把包裹送到各个家庭。这些因素的结合使得公司——包括亚马逊、谷歌、UPS、DHL和其他公司——开始开发基于无人机配送的项目。由于送货速度较快,无人机更适合“当日送达”的快递服务,这也是近年来许多不同公司一直在追求的。尽管目前无人机的商业用途受到严格管制,但美国联邦航空管理局和欧洲航空安全局都在制定相关规定,允许无人机用于运送货物。目前,在美国和欧洲,快递包裹主要是通过柴油卡车进行的。也有一些公司正在使用电动送货卡车。尽管他们目前的部署规模相当小,但未来预计将会占有更大的市场份额。

  在迄今为止由公司开发的大多数原型项目中,用于交付的无人机都是相对较小的电池驱动的四旋翼或八旋翼无人机。在电池耗尽之前,这些无人机只能飞行大约10-15分钟,限制了它们可以运送包裹的范围。 《自然通讯》的新研究着眼于两种无人机的气候影响:一种小型四旋翼飞行器,能运载0.5公斤重的和可搭载8.1公斤重的飞机。这两种类型的无人机都可以携带一个包裹飞行到4千米的高度,然后在电池耗尽之前返回重新充电。

小型无人机能够降低碳排放量

  所有类型的送货无人机都比柴油卡车高效得多。然而,送货卡车一般不只带一个包裹。因此,每个包所使用的能量要小得多。研究人员指出,“送货卡车携带着许多包裹,平均每公里运送0.94包裹”。为了说明这一点,研究通过计算从小型无人机、大型无人机、柴油卡车、天然气卡车、电动卡车和汽油车的二氧化碳当量(CO2eq)每包二氧化碳当量(CO2eq)的总温室气体排放量。同时,研究人员进一步研究了这些发现在美国不同的发电方式中是如何变化的。

  研究发现,携带重量轻于0.5千克的小型无人机,其所检测到的任何运输系统的温室气体排放量都是最低的。这在加州(电力行业相对低碳)和电力行业碳密集程度最高的地区都是如此。

  小型无人机的温室气体排放量比加州的柴油卡车减少了50%,而美国全国平均每辆柴油卡车的碳排放量比柴油卡车低37%。在密苏里州,电力对碳密集资源依赖最大的地区,小型无人机的使用仍然能够使排放量减少23%。如果人们认为,无人机送货的替代选择是电动运输卡车,而不是柴油卡车,那么小型无人机在加州的温室气体排放量将减少26%,整个美国则减少33%。有趣的是,对于我们当前的电网结构,电动卡车导致的排放与柴油卡车一样。对于大型无人机来说,这一情况却截然不同。大型无人机的包裹最多可达8.1公斤。尽管他们仍在减少“低碳”加州的排放,但与柴油卡车相比,他们只减少了9%的排放量。在整个美国,他们的排放量实际上是24%。随着美国电网变得更加清洁,这种情况将在未来发生变化。总体而言,无人机在减少交通排放方面具有巨大的潜力,但对柴油车辆的潜在碳排放限制影响有限。

来源分解

  该研究还将根据运输包裹的部分、储存在仓库的包裹的能量以及无人机和电动卡车所使用的电池,进一步分解每个交付选项的排放量。小型无人机与运输相关的电力消耗非常低,几乎所有的排放物都来自需要建造的额外仓库。相比之下,大型无人机需要更多的电力。他们的每一套包裹的排放量都更高,他们的运输电力和电池生产的排放量大致相当于美国普通电网混合动力汽车的柴油废气排放量。电动卡车也显示出与运输相关的高排放。虽然减少发电的碳强度会减少大型无人机和电动卡车的排放,但与柴油卡车相比,由于大型无人机需要额外的与仓库相关的排放,所以没有理由更喜欢大型无人机而不是电动卡车。

总 结

  总的来说,研究人员发现“在使用无人机减少能源使用和温室气体排放方面有重大的承诺”。不过,他们也警告说,“有一些可能的情况,即无人机比地面交通工具更能提高能源使用和温室气体排放。”

  正如卡内基梅隆大学的工程和抗气候适应性研究中心主任科斯塔萨马拉斯博士说:“我们研究发现,即使考虑到潜在的额外的仓库空间,由无人机提供的小型包裹递送可能也比柴油卡车更低的温室气体排放。对于更大的包裹,我们发现使用电动货车或电动卡车或许比大型无人机更好。然而,如果建造仓库来支持城市无人机送货,它们很可能会被小型无人机和大型无人机所使用——这对从包裹交付中减少温室气体构成了挑战。为了最大限度地提高气候效益,企业应该把重点放在小型无人机和电气化地面舰队上,而政策制定者应该把重点放在继续减少电力供应上,以及提高建筑物的能源效率。”

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