Ohranjanje hladnega – od trgovine do vrat

Prevoz hrane, zdravil, pokvarljivih izdelkov in drugih temperaturno občutljivih predmetov na dolge razdalje in zadnji kilometer temelji na tovornjakih hladilnikih. Približno 2 % od približno 38 milijonov severnoameriških tovornjakov, ki so danes na cestah, je hlajenih in ustvarijo 12 milijard dolarjev prihodkov od dostave tovora na leto (skupni prihodki od tovornega prometa znašajo približno 750 milijard dolarjev na leto). Pretok blaga po površini vključuje zapleteno mrežo pristanišč, skladišč, tovarn in kmetij, ki dovajajo izdelke v tovornjake za dolge razdalje, ki jih dostavljajo v lokalne distribucijske centre in trgovine. Dostave zadnje milje premikajo zaloge iz distribucijskih centrov in trgovin v domove in podjetja končnih strank, kar ustvari ~60 milijard USD prihodkov na leto. 10 % teh (6 milijard USD/leto) je dobav v hladilniku.

Distribucija hladne verige je specializiran proces, ki ureja pretok temperaturno občutljivih izdelkov od izvornih točk (tovarne, kmetije, skladišča, distribucijski centri) do končnega uporabnika. Časi skladiščenja/tranzita in nadzor temperature so ključnega pomena za načrtovanje, spremljanje in izvajanje, da se ohrani kakovost in celovitost izdelkov. Zgodnje izvedbe so uporabljale naravni in suhi led in so bile omejene na kratke razdalje. Tovornjaki z mehanskimi hladilniki jih je leta 1935 izumil Fredrick Jones, samoizobraženega in uspešnega inženirja, ki je služil v ameriški vojski v prvi svetovni vojni. Ta inovacija je igrala pomembno vlogo v drugi svetovni vojni, saj je prevažala zdravila, kri in hrano ameriškim enotam. Uvedba ameriškega meddržavnega avtocestnega sistema leta 1956 je bila priča znatnim izboljšavam zmogljivosti, učinkovitosti in obsega tovornjakov hladilnikov (znanih ljubkovalno in neverjetno kot "hladilniki”. Billu Maherju bi to moralo biti všeč!).

Večina na dolge razdalje hladilniki uporabljajo mehansko hlajenje, da zagotovijo nadzor temperature celotne notranje prostornine prikolice ali kontejnerske enote, ki hrani izdelek. Kombinacija hladilnih tekočin, kompresorjev, izolacije in prezračevanja se uporablja z namenskim generatorjem na dizelski pogon, ki zagotavlja moč za delovanje hladilne enote. Številne možnosti dostave zadnje milje uporabljajo tudi neko različico te metode.

Vzpon e-trgovine in pandemija Covida sta znatno povečala dostavo hlajenih izdelkov v zadnjem kilometru iz trgovin in distribucijskih centrov do končnih uporabnikov. Verige trgovin z živili in velikani e-trgovine so videli pomembne priložnosti v dostavi pokvarljivih izdelkov v istem dnevu, kot so živila, kompleti polpripravljene hrane in zdravila. Sledile so investicije v skladiščne in dostava. Specializirani in namensko izdelani kombiji, roboti in brezpilotna letala so nekatere od možnosti, ki se razvijajo za te dostave.

Glavne novosti, ki se pojavljajo pri dostavnih tovornjakih zadnje milje, vključujejo:

1. Manjši, lahki tovornjaki: za dostavo velikih količin v trgovine z živili in druga maloprodajna mesta se uporabljajo tovornjaki in/ali vlačilci razreda 5 do 7. Za dostavo na dom se uporabljajo kombiji razreda 1 do 4, ki imajo manjše potrebe po vozniških potrdilih in so učinkovitejši v smislu intervalov dostave, stroškov energije in parkiranja. Ti tovornjaki imajo običajno < 10,000 lb šasije.
2. Električna vozila: vedno bolj osredotočenost na nižje emisije vozil in obremenitev s hrupom vodi k prehodu z motorjev z notranjim zgorevanjem na plin ali dizel na električna vozila na baterijski pogon. Druge prednosti vključujejo zmanjšane stroške vzdrževanja zaradi manj gibljivih delov.
3. Električni hladilnik: prehod na hladilne sisteme, ki delujejo na baterijsko električno energijo (v primerjavi z dizelskimi generatorji), je posledica potrebe po nadzoru emisij in prehodu na trajnostne rešitve zadnjega kilometra. Še vedno uporablja hladilne tekočine z zaprto zanko in kompresorje za doseganje nadzora temperature. Električno hlajenje je naravni dodatek k uporabi električnih vozil za zagotavljanje zelenih in tihih dostav v stanovanjskih soseskah. Partnerstva med proizvajalci električnih vozil in ponudniki hladilnih rešitev obravnava segment dostave zadnjega kilometra s popolnoma električnimi hladilnimi napravami.
4. Polprevodniško hlajenje je posebna kategorija 3, vendar uporablja tehnologijo termoelektričnega hlajenja, ki temelji na Peltierjevem učinku. Ne uporablja gibljivih delov, hladilnih tekočin ali kompresorjev in odpravlja nevarnosti globalnega segrevanja zaradi puščanja hladilnega sredstva (tipična hladilna sredstva so ogljikovodiki ali fluoroogljikovodiki), ki povzročijo 2000-krat večjo absorpcijo toplote v ozračju kot CO2 in pomembno prispevajo k globalnemu segrevanju.
5. namenska vozila za ergonomsko nakladanje in razkladanje tovora, pomemben vidik za zaščito varnosti in zdravja delavcev
6. Prilagoditev za več proizvodnih linij in temperaturna območja: Dostava zadnjega kilometra ima posebne potrebe za posamezne stranke in lahko vključuje kombinacijo temperature in zahtev glede izdelka.

Polprevodniško hlajenje za dostavo zadnje milje

Polprevodniško hlajenje se nanaša na nadzor temperature, ki ga zagotavlja termoelektrična tehnologija. Natančneje, nanaša se na uporabo Peltierjev učinek, ki uporablja polprevodniške elemente, kot je bizmutov telurid za prenos aktivnih in pasivnih toplotnih obremenitev s "hladne plošče" (ki se vzdržuje pri ciljni temperaturi, ki je lahko nizka do -60 C) na "vročo ploščo" (ki je hladilno telo, katerega temperatura je nekaj stopinj višja od zunanje temperatura). Termoelektrični hladilniki ali TEC so se od sredine 1980-ih uporabljali za hlajenje laserjev in detektorjev za komunikacijske aplikacije in so bili ključnega pomena pri poganjanju revolucij v komunikaciji z visoko pasovno širino in računalništva (glej sliko 1).

Obračanje električne polarnosti omogoča uporabo TEC v načinu ogrevanja, kar je zelo koristno pri aplikacijah z velikimi nihanji temperature okolja, kjer je treba hladno stran vzdrževati pri fiksni temperaturi. Prav tako odpira priložnosti za uporabo te vrste tehnologije za dostavo toplih ali vročih predmetov, kot je pripravljena hrana.

Prednosti termoelektričnega hlajenja so očitne – večja zanesljivost (brez gibljivih delov in kompresorjev), brez fluoriranih ogljikovodikov (HFC) ali strupenih hladilnih sredstev (ki bi lahko uhajala in povzročala okoljske težave), manjše zahteve glede velikosti in teže ter tišje delovanje. Omogoča tudi modularno, porazdeljeno in prostorsko osredotočeno kontrolo temperature ter na splošno boljšo učinkovitost vtičnic kot običajne hladilne tehnike, ki so zasnovane za hlajenje celotnega prostorskega volumna zabojnika ali prikolice.

Hlajenje v trdnem stanju je bilo prvotno uporabljeno za hlajenje ali temperaturno stabilizacijo majhnih optičnih in elektronskih čipov z zmernimi toplotnimi obremenitvami. Ko se je tehnologija razvijala, so jo uporabljali za večje sklope, kot so industrijski laserji in računalniki. Prilagoditev na velike prostore je na tej stopnji nepraktična (na primer hlajenje celotne prikolice v tovornjaku razreda 8) zaradi stroškov, porabe energije in zmogljivosti. Vendar pa so posode skromne prostornine všeč hladilniki za pijačo in podpultni hladilniki za medicinsko in laboratorijsko uporabo so praktični in na voljo že danes.

fononski, s sedežem v Research Triangle Parku (Severna Karolina), je polprevodniško podjetje, specializirano za razvoj in proizvodnjo TEC za aplikacije na množičnem trgu, od komunikacij in LiDAR do transporta, nadzora podnebja in shranjevanja cepiv. Do danes je zbral 250 milijonov dolarjev, ima 200 zaposlenih in ima partnerstva s proizvodnimi partnerji, kot je Fabrinet na Tajskem. Poleg svoje intelektualne lastnine na področju polprevodnikov se je osredotočil tudi na integracijo svojih izdelkov TEC v aplikacijsko specifične in prilagojene polprevodniške hlajene rešitve za laboratorije, trgovsko prodajo, nadzor podnebja in izpolnitev hladilne verige.

Slika 2 prikazuje ekosistem izpolnjevanja v hladni verigi, ki ga obravnava Phononic, vključno s skladiščenjem in nakladanjem v trgovinah, skladiščih in centrih za izpolnjevanje, kot tudi zadnji kilometer med temi lokacijami in končnim kupcem.

Izdelek podjetja tote (slika 3) vključuje svoje TEC za zagotavljanje hlajenja v prostornini tote in hladilno sredstvo CO2/voda za zavračanje toplote v ozračje prek integriranih ventilatorjev. Dimenzije torb lahko prilagodite in so na voljo v dveh modelih – hlajeni in zamrznjeni. Prva porabi približno 2 W energije v stabilnem stanju, medtem ko zamrzovalna različica porabi približno 40 W, kar je idealno za električna vozila v smislu porabe energije in življenjske dobe baterije. Rešitev zagotavlja prilagojene temperaturne rešitve glede na obremenitev izdelka in integrira povezljivost IoT za stalno spremljanje in sledenje temperaturni skladnosti.

Phononic je sodeloval s podjetjem Sortimo, ki je podaljšano Fordovo električno dostavno vozilo prilagodilo kot vozilo Tri-Temp za predstavitve strank. Do danes ima podjetje 15 komercialnih naprav, v bližnji prihodnosti pa jih načrtujejo še več. Po besedah ​​Tonyja Attija, izvršnega direktorja podjetja Phononic, »Videli smo priložnost, da izkoristimo našo polprevodniško platformo in integrirano sistemsko zasnovo, da bi zagotovili trajnostno in stroškovno učinkovito rešitev za hladno verigo od konca do konca/zadnji kilometer dostave. Preliminarno testiranje kaže, da lahko srednje velika živilska veriga s 60 trgovinami prihrani 1 milijon dolarjev letnih obratovalnih stroškov za dostavo in se izogne ​​več kot 800 metričnim tonam emisij CO2 v primerjavi z bencinskimi dostavnimi vozili, ki uporabljajo suhi led in gelne pakete. V prihodnje bomo s tovornjaki in droni Tri-Temp obravnavali centre za izpolnitev naročil, dostavo na srednjem kilometru, prevzem v trgovini/ob cesti in dostavo na zadnjem kilometru.”

Nastajajoče rešitve za dostavo zadnje milje

Večja podjetja za e-trgovino vlagajo v električna vozila za dostavo zadnjega kilometra. Amazonov delež v Rivianu je en primer. Walmart se je povezal s podjetjem Canoo za podobno zmogljivost. Medtem ko so te namenjene splošnim dobavam, so polprevodniške hladilne torbe idealne za določene tovore.

Z naraščanjem e-trgovine in dostav, ki temeljijo na aplikacijah, se pojavljajo nove modalitete prevoza zadnje milje. Ti bodo verjetno avtonomni (roboti, droni in kombiji) in na električni pogon. Amazon pred kratkim lansirala robota za dostavo Amazon Scout in prejela dovoljenje FAA za dostavo hrane in zdravil z droni.

Nuro, proizvajalec avtonomnih kombijev ima partnerstvo s Krogerjem, za dostavo živil in z Dominom za dostavo pic. Nedavno so podpisali pogodbo z Uber Eats za dostava hrane iz restavracij na dom in v podjetja.

Če želite izkoristiti gosto naseljene univerzitetne kampuse z lačnimi študenti, ki jih je treba nahraniti, Starship Technologies je nedavno objavil robotska služba za dostavo hrane na državni univerzi Missouri. Topli in hladni obroki se dostavljajo iz kavarn na različne lokacije kampusa prek dostave robotov, ki temeljijo na aplikaciji.

Lahke, energetsko učinkovite in trajnostne polprevodniške rešitve s temperaturnim nadzorom za dostavo hlajenih, zamrznjenih ali ogrevanih izdelkov so popoln dodatek tem nastajajočim načinom prevoza za dostavo zadnjega kilometra.