Održavanje hladnoće – od prodavnice do vrata

Prijevoz hrane, lijekova, kvarljivih stvari i drugih temperaturno osjetljivih artikala na duge i zadnje milje oslanja se na kamione-hladnjače. Otprilike 2% od oko 38 miliona kamiona u Sjevernoj Americi koji se danas nalaze na cesti su rashlađeni i ostvaruju 12 milijardi dolara godišnje prihoda od isporuke tereta (ukupni prihodi od transporta tereta su ~750 milijardi dolara godišnje). Površinsko kretanje robe uključuje zamršenu mrežu luka, skladišta, tvornica i farmi koje dopremaju proizvode u kamione za velike udaljenosti koji ih isporučuju u lokalne distribucijske centre i trgovine. Isporuke posljednje milje prebacuju zalihe iz distributivnih centara i trgovina do domova i poslovnih objekata krajnjih kupaca, generirajući ~60 milijardi dolara godišnje prihoda. 10% od toga (6 milijardi dolara godišnje) su isporuke u frižideru.

Distribucija hladnog lanca je specijalizirani proces koji upravlja kretanjem proizvoda osjetljivih na temperaturu od mjesta porijekla (tvornice, farme, skladišta, distributivni centri) do krajnjeg korisnika. Vremena skladištenja/transporta i kontrola temperature su kritični za planiranje, praćenje i izvođenje kako bi se očuvao kvalitet i integritet proizvoda. Rane implementacije koristile su prirodni i suhi led i bile su ograničene na kratke udaljenosti. Kamioni sa mehaničkim hlađenjem izumio je Fredrick Jones 1935, samoobrazovani i uspješni inženjer koji je služio u američkoj vojsci u Prvom svjetskom ratu. Ova inovacija je odigrala značajnu ulogu u Drugom svjetskom ratu, transportirajući lijekove, krv i hranu američkim trupama. Pokretanje sistema američkih međudržavnih autoputeva 1956. godine svjedočilo je značajnim poboljšanjima u kapacitetu, efikasnosti i rasponu kamiona hladnjača (poznatih od milja i nevjerovatno kao “reefers”. Billu Maheru bi se ovo trebalo svidjeti!).

Najviše na daljinu reefers koristiti mehaničko hlađenje kako bi se osigurala kontrola temperature cjelokupnog unutrašnjeg volumena prikolice ili kontejnerske jedinice u kojoj se skladišti proizvod. Kombinacija rashladnih tečnosti, kompresora, izolacije i ventilacije koristi se sa namenskim dizel generatorom koji obezbeđuje snagu za rad rashladne jedinice. Mnoge opcije dostave u zadnjem kilometru također koriste neke varijante ove metode.

Porast e-trgovine i pandemija Covida značajno su povećali isporuku u hladnjaku zadnje milje iz trgovina i distributivnih centara do krajnjih korisnika. Lanci prehrambenih proizvoda i velikani e-trgovine vidjeli su značajne mogućnosti u isporuci kvarljivih artikala u istom danu kao što su namirnice, polugotovi setovi hrane i lijekovi. Slijedili su ulaganja u skladištenje i isporuka. Specijalizirani i namjenski napravljeni kombiji, roboti i dronovi su neke od opcija koje se razvijaju za ove isporuke.

Glavne inovacije koje se dešavaju u kamionima za isporuku zadnje milje uključuju:

1. Manji, laki kamioni: za isporuku na veliko u trgovine i druge maloprodajne objekte koriste se kamioni i/ili traktorske prikolice klase 5 do 7. Isporuke na kućnu adresu koriste kombije klase 1 do 4 koji imaju smanjene potrebe za sertifikacijom vozača i efikasniji su u smislu intervala isporuke, troškova energije i parkinga. Ovi kamioni su obično < 10,000 lb težine šasije.
2. Električna vozila: sve više, fokus na niže emisije vozila i zagađenje bukom dovodi do prelaska sa motora sa unutrašnjim sagorevanjem na gas ili dizel na električna vozila na baterije. Ostale prednosti uključuju smanjene troškove održavanja zbog manje pokretnih dijelova.
3. Električno hlađenje: Prelazak na sisteme hlađenja koji rade na električnu energiju na baterije (u odnosu na dizel generatore) potaknut je potrebom za kontrolom emisija i kretanjem ka održivim rješenjima na zadnjem kilometru. Još uvijek koristi rashladne tekućine i kompresore zatvorene petlje za postizanje kontrole temperature. Električno hlađenje prirodni je dodatak korištenju električnih vozila za osiguravanje zelenih i tihih isporuka u stambenim četvrtima. Partnerstvo između proizvođača električnih vozila i dobavljača rješenja za hlađenje bavi se potpuno električnim hlađenim segmentom dostave do posljednjeg kilometra.
4. Solid State hlađenje je posebna kategorija 3, ali koristi tehnologiju termoelektričnog hlađenja zasnovanu na Peltierovom efektu. Ne koristi pokretne dijelove, rashladne tekućine ili kompresore i eliminira opasnosti globalnog zagrijavanja zbog curenja rashladnog sredstva (tipični rashladni fluidi su ugljovodonici ili hidrofluorougljovodonici) koji uzrokuju 2000X veću apsorpciju topline u atmosferi od CO2, i glavni je doprinos globalnom zagrijavanju.
5. Namenska vozila za ergonomski utovar i istovar tereta, važno pitanje za zaštitu sigurnosti i zdravlja radnika
6. Prilagodba za više linija proizvoda i temperaturnih raspona: Dostava zadnje milje ima specifične potrebe za pojedinačne kupce i može uključivati ​​mješavinu zahtjeva temperature i proizvoda.

Solid-state hlađenje za isporuku u posljednjoj milji

Solid-state hlađenje se odnosi na kontrolu temperature koju osigurava termoelektrična tehnologija. Konkretno, odnosi se na primjenu Peltierov efekat, koji koristi poluvodičke elemente kao što je bizmut telurid za prijenos aktivnih i pasivnih toplinskih opterećenja sa “hladne ploče” (koja se održava na ciljnoj temperaturi koja može biti i do -60C) na “vruću ploču” (koja je hladnjak čija je temperatura nekoliko stupnjeva viša od ambijentalne temperatura). Termoelektrični hladnjaci ili TEC se koriste od sredine 1980-ih za hlađenje lasera i detektora u komunikacijskim aplikacijama i bili su instrumentalni u pokretanju komunikacijskih i računarskih revolucija velikog propusnog opsega (vidi sliku 1).

Obrnuti električni polaritet omogućava da se TEC-ovi koriste u načinu grijanja, što je vrlo povoljno u aplikacijama s velikim oscilacijama temperature okoline, gdje se hladna strana mora održavati na fiksnoj temperaturi. Također otvara mogućnosti za korištenje ove vrste tehnologije za isporuku toplih ili toplih predmeta poput pripremljene hrane.

Prednosti termoelektričnog hlađenja su očigledne – veća pouzdanost (bez pokretnih dijelova i kompresora), bez hidrofluorougljikohidrata (HFC) ili toksičnih rashladnih sredstava (koja bi mogla curiti i uzrokovati probleme okoliša), manja veličina i težina i tiši rad. Takođe omogućava modularnu, distribuiranu i prostorno fokusiranu kontrolu temperature i ukupnu bolju efikasnost zidnih utikača od konvencionalnih rashladnih tehnika koje su dizajnirane da rashlade čitav prostorni volumen kontejnera ili prikolice.

Hlađenje u čvrstom stanju prvobitno se koristilo za hlađenje ili stabilizaciju temperature malih optičkih i elektronskih čipova sa skromnim toplotnim opterećenjem. Kako je tehnologija evoluirala, koristila se za veće sklopove kao što su industrijski laseri i kompjuteri. Skaliranje na velike prostore je nepraktično u ovoj fazi (na primjer, hlađenje cijele prikolice u kamionu klase 8) zbog troškova, potrošnje energije i kapaciteta. Međutim, spremnici skromnog volumena poput rashladni uređaji za napitke i frižideri ispod pulta za medicinsku i laboratorijsku upotrebu su praktični i dostupni danas.

Fononski, sa sjedištem u Research Triangle Parku (Sjeverna Karolina) je poluprovodnička kompanija specijalizirana za razvoj i proizvodnju TEC-a za primjene na masovnom tržištu, od komunikacija i LiDAR-a do transporta, kontrole klime i skladištenja vakcina. Do sada je prikupio 250 miliona dolara, ima 200 zaposlenih i ima partnerstva sa proizvodnim partnerima kao što je Fabrinet na Tajlandu. Osim svog intelektualnog vlasništva u oblasti poluvodiča, također se fokusirao na integraciju svojih TEC proizvoda u specifična primjena i prilagođena rješenja za hlađenje u čvrstom stanju za laboratorije, trgovinu, kontrolu klime i ispunjenje hladnog lanca.

Slika 2 prikazuje ekosistem ispunjenja hladnog lanca koji Phononic adresira, uključujući skladištenje i utovar u prodavnicama, skladištima i centrima za ispunjenje, kao i transport poslednje milje između ovih lokacija i krajnjeg kupca.

Proizvod kompanije za torbe (slika 3) integriše svoje TEC-ove kako bi obezbedio hlađenje unutar zapremine torbe i rashladno sredstvo CO2/voda za odbijanje toplote u atmosferu preko integrisanih ventilatora. Dimenzije torbi se mogu prilagoditi i dolaze u 2 modela – rashlađeni i zamrznuti. Prvi troši ~40W energije u stabilnom stanju, dok verzija sa zamrzivačem troši ~100W, savršeno za električna vozila u smislu potrošnje energije i trajanja baterije. Rješenje pruža prilagođena rješenja za temperaturu ovisno o nosivosti proizvoda i integrira IoT povezivanje za kontinuirano praćenje i praćenje usklađenosti temperature.

Phononic se udružio sa Sortimom koji je prilagodio prošireni Ford električni kombi kao Tri-Temp vozilo za demonstracije kupaca. Do danas, kompanija ima 15 komercijalnih instalacija, a planira se još više u bliskoj budućnosti. Prema Tony Atti, izvršni direktor Phononic, “Vidjeli smo priliku da iskoristimo našu poluvodičku platformu i integrirani dizajn sistema kako bismo pružili održivo i isplativo rješenje za hladni lanac od kraja do kraja/isporuku posljednje milje. Preliminarno testiranje pokazuje da lanac prehrambenih proizvoda srednje veličine sa 60 trgovina može uštedjeti 1 milion dolara u godišnjim operativnim troškovima za isporuke i izbjeći više od 800 metričkih tona emitovanog CO2, u poređenju s vozilima za dostavu benzina koja koriste suhi led i gel pakete. Ubuduće ćemo se baviti centrima za ispunjavanje obaveza, dostavom na srednju milju, preuzimanjem u prodavnici/ivičnjaku i isporukom u posljednjoj milji s Tri-Temp kamionima i dronovima”.

Nova rješenja za isporuku posljednje milje

Velike kompanije za e-trgovinu ulažu u električna vozila za isporuku u posljednjoj milji. Amazonov udio u Rivianu je jedan od primjera. Walmart se udružio s Canooom za sličnu sposobnost. Iako se radi o općoj isporuci, čvrste rashladne torbe idealne su za određene terete.

Kako se e-trgovina i isporuke zasnovane na aplikacijama povećavaju, pojavljuju se novi modaliteti transporta posljednje milje. Oni će vjerovatno biti autonomni (roboti, dronovi i kombiji) i na električni pogon. Amazon nedavno lansirao robota za dostavu Amazon Scout i dobio je dozvolu od FAA-e da vrši isporuku hrane i lijekova putem dronova.

Nuro, proizvođač autonomnih kombija ima partnerstvo sa Krogerom, za dostavu namirnica i sa Domino's za dostavu pizza. Nedavno su potpisali ugovor sa Uber Eats za dostava hrane iz restorana do kuća i preduzeća.

Želeći da profitiraju od gusto naseljenih univerzitetskih kampusa sa gladnim studentima za prehranu, Starship Technologies je nedavno najavio usluga dostave hrane zasnovana na robotima na Državnom univerzitetu u Missouriju. Topli i hladni obroci se isporučuju iz kafeterija na različite lokacije u kampusu putem robotske dostave zasnovane na aplikaciji.

Lagana, energetski efikasna i održiva rješenja s kontroliranom temperaturom u čvrstom stanju za isporuku rashlađenih, smrznutih ili grijanih proizvoda savršen su dodatak za ove nove načine transporta za isporuke na posljednjoj milji.