Utrzymywanie chłodu – od sklepu do drzwi

Transport dalekobieżny i na ostatnim kilometrze żywności, leków, produktów łatwo psujących się i innych towarów wrażliwych na temperaturę opiera się na samochodach-chłodniach. Około 2% z ~38 mln ciężarówek w Ameryce Północnej obecnie jeżdżących po drogach jest chłodzonych i generuje 12 mld USD rocznie przychodu z dostaw frachtu (całkowite przychody z transportu ciężarowego wynoszą ~750 mld USD rocznie). Przemieszczanie towarów na powierzchni obejmuje skomplikowaną sieć portów, magazynów, fabryk i gospodarstw, które dostarczają produkty do długodystansowych ciężarówek, które dostarczają je do lokalnych centrów dystrybucji i sklepów. Dostawy na ostatniej mili przenoszą zapasy z centrów dystrybucyjnych i sklepów do domów i firm klientów końcowych, generując przychody rzędu ok. 60 mld USD rocznie. 10% z nich (6 mld USD rocznie) to dostawy chłodnicze.

Dystrybucja w łańcuchu chłodniczym to wyspecjalizowany proces, który reguluje przemieszczanie produktów wrażliwych na temperaturę z punktów pochodzenia (fabryki, farmy, magazyny, centra dystrybucyjne) do użytkownika końcowego. Czasy przechowywania/przewozu i kontrola temperatury mają kluczowe znaczenie dla planowania, monitorowania i wykonywania w celu zachowania jakości i integralności produktu. Wczesne realizacje wykorzystywały naturalny i suchy lód i ograniczały się do krótkich odległości. Ciężarówki z chłodnią mechaniczną zostały wynalezione w 1935 roku przez Fredricka Jonesa, samouk i utalentowany inżynier, który służył w armii amerykańskiej podczas I wojny światowej. Ta innowacja odegrała znaczącą rolę podczas II wojny światowej, transportując leki, krew i żywność dla żołnierzy amerykańskich. Wprowadzenie amerykańskiego systemu autostrad międzystanowych w 1956 r. było świadkiem znacznej poprawy wydajności, wydajności i zasięgu ciężarówek chłodni (znanych czule i zdumiewająco jako „chłodnie”. Bill Maher powinien to pokochać!).

Większość długodystansowych chłodnie zastosować chłodzenie mechaniczne, aby zapewnić kontrolę temperatury całej wewnętrznej objętości przyczepy lub kontenera, w którym przechowywany jest produkt. Stosowane jest połączenie płynów chłodzących, sprężarek, izolacji i wentylacji z dedykowanym generatorem napędzanym silnikiem wysokoprężnym, zapewniającym moc do pracy agregatu chłodniczego. Wiele opcji dostawy na ostatnim odcinku również korzysta z niektórych wariantów tej metody.

Rozwój handlu elektronicznego i pandemia Covid znacznie zwiększyły dostawy lodówek na ostatniej mili ze sklepów i centrów dystrybucyjnych do użytkowników końcowych. Sieci spożywcze i giganty handlu elektronicznego dostrzegły znaczne możliwości w dostarczaniu tego samego dnia łatwo psujących się artykułów, takich jak artykuły spożywcze, półgotowe zestawy żywności i lekarstwa. Kontynuowali inwestycje w magazynowanie i dostawa. Specjalistyczne i specjalnie skonstruowane samochody dostawcze, roboty i drony to tylko niektóre z opcji opracowywanych dla tych dostaw.

Do najważniejszych innowacji występujących w samochodach dostawczych ostatniej mili należą::

1. Mniejsze, lekkie ciężarówki: dostawy masowe do sklepów spożywczych i innych punktów sprzedaży detalicznej z wykorzystaniem ciężarówek klasy 5 do 7 i/lub ciągników siodłowych. Dostawy do domu wykorzystują samochody dostawcze klasy 1 do 4, które mają mniejsze wymagania w zakresie certyfikacji kierowców i są bardziej wydajne pod względem częstotliwości dostaw, kosztów energii i parkowania. Te ciężarówki mają zazwyczaj masę podwozia < 10,000 XNUMX funtów.
2. Pojazdy elektryczne: w coraz większym stopniu nacisk na niższe emisje pojazdów i zanieczyszczenie hałasem skłania do przejścia z silników spalinowych zasilanych gazem lub olejem napędowym na pojazdy elektryczne zasilane bateryjnie. Inne korzyści to mniejsze koszty konserwacji dzięki mniejszej liczbie ruchomych części.
3. Chłodnictwo elektryczne: Przejście na systemy chłodzenia zasilane energią elektryczną z baterii (w porównaniu z generatorami diesla) wynika z potrzeby kontrolowania emisji i przejścia na zrównoważone rozwiązania ostatniej mili. Nadal wykorzystuje płyny chłodzące i sprężarki w obiegu zamkniętym, aby uzyskać kontrolę temperatury. Chłodnictwo elektryczne jest naturalnym dodatkiem do korzystania z pojazdów elektrycznych w celu zapewnienia ekologicznych i cichych dostaw w dzielnicach mieszkaniowych. Partnerstwa między producentami pojazdów elektrycznych a dostawcami rozwiązań chłodniczych adresuje całkowicie elektryczny segment dostaw chłodniczych na ostatniej mili.
4. Chłodnictwo w stanie stałym to szczególna kategoria 3, ale wykorzystuje technologię chłodzenia termoelektrycznego opartą na efekcie Peltiera. Nie wykorzystuje żadnych ruchomych części, płynów chłodzących ani sprężarek i eliminuje ryzyko globalnego ocieplenia wynikające z wycieków czynnika chłodniczego (typowe czynniki chłodnicze to węglowodory lub hydrofluorowęglowodory), które powodują 2000-krotnie wyższą absorpcję ciepła w atmosferze niż CO2 i są głównym czynnikiem globalnego ocieplenia.
5. Specjalistyczne pojazdy do ergonomicznego załadunku i rozładunku ładunku, ważny czynnik mający na celu ochronę bezpieczeństwa i zdrowia pracowników
6. Dostosowanie do wielu linii produktów i zakresów temperatur: dostawa na ostatniej mili ma specyficzne potrzeby dla indywidualnych klientów i może obejmować mieszankę wymagań dotyczących temperatury i produktu.

Chłodnictwo półprzewodnikowe dla dostaw na ostatniej mili

Chłodnictwo półprzewodnikowe odnosi się do kontroli temperatury zapewnianej przez technologię termoelektryczną. W szczególności dotyczy to zastosowania Efekt Peltiera, który wykorzystuje elementy półprzewodnikowe, takie jak bizmut Telluride do przenoszenia aktywnych i pasywnych obciążeń cieplnych z „zimnej płyty” (utrzymywanej w docelowej temperaturze, która może wynosić nawet -60C) na „gorącą płytę” (czyli radiator, którego temperatura jest o kilka stopni wyższa niż temperatura otoczenia temperatura). Chłodnice termoelektryczne lub TEC są używane od połowy lat 1980. do chłodzenia laserów i detektorów w zastosowaniach komunikacyjnych i odegrały zasadniczą rolę w napędzaniu rewolucji w szerokopasmowej komunikacji i informatyce (patrz Rysunek 1).

Odwrócenie polaryzacji elektrycznej umożliwia stosowanie TEC w trybie ogrzewania, co jest bardzo korzystne w zastosowaniach z dużymi wahaniami temperatury otoczenia, gdzie zimna strona musi być utrzymywana w stałej temperaturze. Otwiera również możliwości wykorzystania tego typu technologii do dostarczania ciepłych lub gorących produktów, takich jak gotowa żywność.

Zalety chłodzenia termoelektrycznego są oczywiste – większa niezawodność (brak ruchomych części i sprężarek), brak wodorofluorowęglowodorów (HFC) lub toksycznych czynników chłodniczych (które mogą wyciekać i powodować problemy środowiskowe), mniejsze wymagania dotyczące wymiarów i wagi oraz cichsza praca. Umożliwia także modułową, rozproszoną i przestrzennie skoncentrowaną kontrolę temperatury oraz ogólną lepszą wydajność wtyku ściennego niż konwencjonalne techniki chłodnicze, które są zaprojektowane do chłodzenia całej przestrzeni kontenera lub przyczepy.

Chłodzenie półprzewodnikowe było pierwotnie używane do chłodzenia lub stabilizacji temperatury małych układów optycznych i elektronicznych przy umiarkowanych obciążeniach cieplnych. Wraz z rozwojem technologii była ona wykorzystywana do większych zespołów, takich jak lasery przemysłowe i komputery. Skalowanie go do dużych przestrzeni jest na tym etapie niepraktyczne (na przykład chłodzenie całej naczepy w ciężarówce klasy 8) ze względu na koszty, zużycie energii i względy wydajności. Jednak pojemniki o skromnej objętości, takie jak chłodziarki do napojów i lodówki podblatowe do użytku medycznego i laboratoryjnego są praktyczne i dostępne już dziś.

fononiczny, z siedzibą w Research Triangle Park (Karolina Północna) jest firmą półprzewodnikową specjalizującą się w opracowywaniu i produkcji TEC do zastosowań masowych, od komunikacji i LiDAR po transport, kontrolę klimatu i przechowywanie szczepionek. Do tej pory zebrała 250 mln USD, zatrudnia 200 pracowników i współpracuje z partnerami produkcyjnymi, takimi jak Fabrnet w Tajlandii. Oprócz swojej własności intelektualnej w obszarze półprzewodników, firma skupiła się również na integracji swoich produktów TEC w specyficznych dla aplikacji i dostosowanych półprzewodnikowych rozwiązaniach chłodniczych dla laboratoriów, merchandisingu, kontroli klimatu i łańcucha chłodniczego.

Rysunek 2 przedstawia ekosystem realizacji łańcucha chłodniczego, którym zajmuje się Phononic, w tym przechowywanie i załadunek w sklepach, magazynach i centrach realizacji zamówień, a także transport na ostatnim odcinku między tymi lokalizacjami a klientem końcowym.

Torba firmy (Rysunek 3) łączy w sobie TEC, aby zapewnić chłodzenie w obrębie torby, oraz czynnik chłodniczy CO2/woda, który odprowadza ciepło do atmosfery za pomocą zintegrowanych wentylatorów. Wymiary pojemników można dostosować i są dostępne w 2 modelach – chłodzonej i mrożonej. Pierwsza zużywa ~40W mocy w stanie ustalonym, podczas gdy wersja zamrażarki zużywa ~100W, co jest idealne do pojazdów elektrycznych pod względem zużycia energii i żywotności baterii. Rozwiązanie zapewnia niestandardowe rozwiązania temperaturowe w zależności od ładunku produktu i integruje łączność IoT w celu ciągłego monitorowania i śledzenia zgodności temperatury.

Firma Phononic nawiązała współpracę z firmą Sortimo, która dostosowała rozszerzony elektryczny van Ford jako pojazd Tri-Temp do demonstracji dla klientów. Do chwili obecnej firma posiada 15 instalacji komercyjnych, a w najbliższej przyszłości planuje się ich kolejne. Według Tony'ego Atti, dyrektora generalnego Phononic, „Dostrzegliśmy możliwość wykorzystania naszej platformy półprzewodnikowej i zintegrowanego projektu systemu, aby zapewnić zrównoważone i opłacalne rozwiązanie do kompleksowej dostawy łańcucha chłodniczego/ostatniej mili. Wstępne testy wskazują, że średniej wielkości sieć sklepów spożywczych z 60 sklepami może zaoszczędzić 1 milion dolarów w rocznych kosztach operacyjnych dostaw i uniknąć ponad 800 ton metrycznych emitowanego CO2 w porównaniu z pojazdami dostarczającymi benzynę wykorzystującymi opakowania suchego lodu i żelu”. W przyszłości zajmiemy się centrami realizacji zamówień, dostawami na średnim dystansie, odbiorami w sklepie/krawężniku oraz dostawami na ostatnim odcinku za pomocą ciężarówek i dronów Tri-Temp”.

Nowe rozwiązania w zakresie dostawy ostatniej mili

Duże firmy e-commerce inwestują w pojazdy elektryczne do dostaw na ostatnim odcinku. Udział Amazona w Rivian jest jednym z przykładów. Walmart połączył siły z Canoo dla podobnej zdolności. Chociaż są one przeznaczone do ogólnych dostaw, półprzewodnikowe pojemniki chłodnicze są idealne do niektórych ładunków.

Wraz z rozwojem handlu elektronicznego i dostaw opartych na aplikacjach pojawiają się nowe sposoby transportu ostatniej mili. Są one prawdopodobnie autonomiczne (roboty, drony i furgonetki) i napędzane elektrycznie. Amazon ostatnio uruchomił robota dostawczego Amazon Scout i otrzymał pozwolenie od FAA na dostarczanie żywności i leków za pomocą dronów.

Nuro, producent autonomicznych samochodów dostawczych współpracuje z Kroger, dla dostaw spożywczych oraz z Domino's dla dostaw pizzy. Niedawno podpisali umowę z Uber Eats na dostawa jedzenia z restauracji do domów i firm.

Chcąc czerpać korzyści z gęsto zaludnionych kampusów uniwersyteckich z głodnymi studentami do wyżywienia, Niedawno ogłoszono Starship Technologies oparta na robotach usługa dostarczania żywności na Uniwersytecie Stanowym Missouri. Ciepłe i zimne posiłki są dostarczane ze stołówek do różnych lokalizacji kampusów za pośrednictwem robotów dostawczych opartych na aplikacjach.

Lekkie, energooszczędne i zrównoważone rozwiązania półprzewodnikowe z kontrolowaną temperaturą do dostaw produktów chłodzonych, mrożonych lub ogrzewanych są idealnym uzupełnieniem tych pojawiających się środków transportu w przypadku dostaw na ostatniej mili.