Hay más de 1 millón de drones registrados en EE. UU. La mayoría pertenece a personas que los vuelan por diversión, pero cada vez se usan más con fines comerciales. 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 modificaría el uso de energía en EE. UU. y sus efectos ambientales.
Descubrimos que, en algunos casos, usar drones eléctricos en vez de camiones o furgonetas diésel podría reducir el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, en otros casos, los camiones —especialmente los eléctricos— serían más eficientes y menos contaminantes.
El sector eléctrico de EE. UU. ha avanzado rápidamente hacia la generación de electricidad con menos emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, el transporte sigue dependiendo en gran medida de combustibles derivados del petróleo y ahora es la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero en EE. UU. Cerca de una cuarta parte de las emisiones del transporte, el equivalente a 415 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono, proviene de camiones medianos y pesados, los vehículos que transportan mercancías a almacenes, empresas y hogares de consumidores.
Reducir la necesidad de transporte por camión entregando algunos paquetes con drones eléctricos podría ahorrar combustible y, potencialmente, reducir las emisiones de carbono. Modelamos cuánta energía consumiría la entrega con drones y en qué se diferenciaría de las formas actuales de entregar paquetes.
Cómo determinar el consumo energético de un dron
Primero, nuestro equipo —dirigido desde el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore e integrado también por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon, SRI International y la Universidad de Colorado en Boulder— midió el consumo de energía de drones tipo cuadricóptero y octocóptero que transportaban cargas de distintos pesos. La energía que consume un dron depende de su propio peso, de sus baterías y de los paquetes que lleva, así como de otros factores, como la velocidad a la que se desplaza y las condiciones del viento.
Para elaborar una estimación general, elegimos un dron cuadricóptero capaz de entregar un paquete de 1,1 libras (0,5 kg) y un octocóptero capaz de entregar uno de 17,6 libras (8 kg), ambos con un alcance de unos 2,5 millas (4 km). Consideramos distintas tecnologías de baterías y combustibles, pero para nuestro caso de referencia nos centramos en las baterías de litio, que alimentan a la mayoría de los drones eléctricos actuales.
Comparación de emisiones
Aunque debe luchar contra la gravedad para mantenerse en el aire, un dron eléctrico consume mucha menos energía por milla que un pesado camión de reparto de acero que quema diésel. Sin embargo, un camión o una furgoneta de reparto puede transportar muchos paquetes a la vez, por lo que el consumo de energía y los efectos ambientales deben calcularse por paquete.
Los distintos vehículos de reparto pueden funcionar con diésel, gas natural, electricidad o gasolina, y cada opción tiene distintas características de consumo energético y emisiones. También incluimos los efectos ambientales de producir estos combustibles y las baterías de los vehículos eléctricos. La energía necesaria para transformar el petróleo crudo en diésel puede añadir otro 20 % o más a los gases de efecto invernadero generados al quemar el combustible. Y, aunque la fabricación de baterías está mejorando, su producción sigue generando dióxido de carbono.
A continuación, calculamos la cantidad de gases de efecto invernadero emitidos. Quemar un galón de diésel emite unos 10 kg de dióxido de carbono, pero las emisiones de la electricidad varían según la región y la forma en que se genera. Algunas zonas queman más carbón y gas natural para producir electricidad, mientras que otras usan menos combustibles fósiles y dependen más de la energía nuclear, hidroeléctrica, eólica y solar.
En general, la generación de electricidad en EE. UU. se está volviendo más limpia con el tiempo. Para mostrar la variedad en las necesidades energéticas y los efectos ambientales, prestamos especial atención a California, que tiene una red eléctrica con bajas emisiones de carbono, y a Misuri, una región con una elevada intensidad de carbono.
¿Más almacenes?
Además, para atender a los drones, cuyo alcance es limitado, las empresas tendrían que cambiar la forma en que sus sistemas de reparto usan energía. Los drones podrían transportar artículos en varias etapas, casi como lo hacían el Pony Express o las diligencias tiradas por caballos en los primeros tiempos del oeste estadounidense. Otra posibilidad, como está probando Amazon, sería que pequeños almacenes locales atendieran destinos de entrega clave dentro del alcance de los drones.
Calculamos que para atender la ciudad de San Francisco se necesitarían unos cuatro almacenes urbanos con bases para drones. Para cubrir toda el área de la bahía harían falta decenas de almacenes nuevos, cada uno con necesidad de electricidad y, posiblemente, gas natural para funcionar, como cualquier otro almacén. Incluimos este consumo adicional de energía en nuestras estimaciones.
Las entregas con drones pequeños pueden reducir las emisiones
Al combinar todos los factores, descubrimos que entregar paquetes con drones pequeños puede ser mejor para el medio ambiente que hacerlo con camiones. En promedio, en EE. UU., la entrega de un paquete en camión genera alrededor de 1 kg de emisiones de gases de efecto invernadero. En California, entregar un paquete pequeño con un dron generaría unos 0,42 kg de esas emisiones. Esto supone una reducción del 54 % respecto de los 0,92 kg de gases de efecto invernadero asociados a un paquete entregado en camión en ese estado. En Misuri, donde la intensidad de carbono es elevada, la mejora sería menor —una reducción de apenas el 23 %—, pero aun así sería una mejora.
Los drones pequeños fueron mejores que cualquier camión o furgoneta, ya funcionara con diésel, gasolina, gas natural o incluso electricidad.
Los resultados sobre los drones más grandes fueron menos concluyentes. En California, eran un 9 % mejores que los camiones diésel, pero mucho peores cuando se cargaban en Misuri. Como los drones grandes necesitan más kilovatios-hora para volar una milla, la intensidad de carbono de la electricidad importa mucho en su caso. Incluso en lugares donde la energía suele generarse a partir de fuentes limpias, probablemente sea mejor entregar paquetes grandes con furgonetas o camiones eléctricos que con drones grandes, debido al consumo adicional de energía que requieren los almacenes para drones.
Pero si olvidaste ese ingrediente esencial para la cena de esta noche, nuestros resultados sugieren que es mucho mejor pedirle a la tienda de comestibles que te lo envíe con un dron que ir en coche a la tienda y volver.
Próximos pasos hacia la sostenibilidad
Como ocurre con cualquier modelo energético, nuestras estimaciones pueden variar según las hipótesis utilizadas. Entre los factores importantes están el espacio necesario para almacenar los paquetes destinados a los drones, cuánta energía consumen estos y la huella de carbono de la electricidad utilizada. En nuestro artículo, analizamos cómo cambian los resultados bajo distintas hipótesis.
Para los vehículos de reparto terrestre, las mejores formas de mejorar la eficiencia consisten en aumentar el número de paquetes entregados por milla o cambiar a camiones o furgonetas eléctricas de reparto.
A medida que más empresas empiecen a usar drones, la entrega de paquetes será una de sus tareas. Para maximizar los posibles beneficios ambientales, las empresas deberían centrarse en usar drones más pequeños, cargados con electricidad de bajas emisiones de carbono, para entregar paquetes ligeros, y en limitar el espacio de almacén dedicado a atender a los drones de reparto. Los paquetes más pesados probablemente se transporten mejor en vehículos terrestres eficientes, a menudo eléctricos. Las mayores mejoras se lograrán aumentando la eficiencia energética de los almacenes y, sobre todo, reduciendo la cantidad de electricidad generada a partir de combustibles con alta intensidad de carbono. Ahora solo nos queda hacer algo con el ruido de todas esas hélices sobre nuestras cabezas.
