Păstrând-o rece - De la magazin la ușă

Transportul pe distanțe lungi și pe ultimul kilometru de alimente, medicamente, produse perisabile și alte articole sensibile la temperatură se bazează pe camioane frigorifice. Aproximativ 2% din aproximativ 38 de milioane de camioane din America de Nord aflate astăzi pe drumuri sunt refrigerate și generează 12 miliarde USD/an în venituri din livrarea de marfă (veniturile totale din transportul de marfă sunt de ~750 miliarde USD/an). Mișcarea la suprafață a mărfurilor implică o rețea complicată de porturi, depozite, fabrici și ferme care furnizează produse în camioane pe distanțe lungi care le livrează centrelor de distribuție și magazinelor locale. Livrările la ultimul kilometru mută inventarul de la centrele de distribuție și magazine la casele și întreprinderile clienților finali, generând venituri de aproximativ 60 miliarde USD/an. 10% dintre acestea (6 miliarde USD/an) sunt livrări frigorifice.

Distribuția în lanțul de frig este un proces specializat care guvernează deplasarea produselor sensibile la temperatură de la punctele de origine (fabrici, ferme, depozite, centre de distribuție) la utilizatorul final. Timpii de depozitare/tranzit și controlul temperaturii sunt esențiale pentru planificare, monitorizare și execuție pentru a păstra calitatea și integritatea produsului. Implementările timpurii au folosit gheață naturală și uscată și au fost limitate la distanțe scurte. Camioane frigorifice mecanic au fost inventate în 1935 de Fredrick Jones, un inginer autoeducat și desăvârșit care a servit în armata SUA în Primul Război Mondial. Această inovație a jucat un rol semnificativ în cel de-al Doilea Război Mondial, transportând medicamente, sânge și alimente către trupele americane. Inițierea sistemului de autostrăzi interstatale din SUA în 1956 a fost martorul unor îmbunătățiri substanțiale în ceea ce privește capacitatea, eficiența și gama de camioane frigorifice (cunoscute cu afecțiune și uimitor drept „reefers”. Bill Maher ar trebui să-i placă asta!).

Cele mai multe distanțe lungi reefers folosiți refrigerarea mecanică pentru a asigura controlul temperaturii întregului volum intern al remorcii sau al unității de containere care depozitează produsul. O combinație de fluide de răcire, compresoare, izolație și ventilație este utilizată cu un generator dedicat alimentat cu motorină care asigură puterea pentru funcționarea unității de refrigerare. Multe opțiuni de livrare pe ultimul kilometru folosesc, de asemenea, o variantă a acestei metode.

Creșterea comerțului electronic și a pandemiei de Covid au crescut semnificativ livrările frigorifice de pe ultimul kilometru de la magazine și centre de distribuție către utilizatorii finali. Lanțurile de produse alimentare și mașinii comerțului electronic au văzut oportunități semnificative în livrarea în aceeași zi a articolelor perisabile, cum ar fi alimente, truse semipreparate și medicamente. Au urmat cu investiții în depozitare și livrare. Furgonete, roboți și drone specializate și construite special sunt câteva dintre opțiunile dezvoltate pentru aceste livrări.

Inovațiile majore care apar în camioanele de livrare de ultima milă includ:

1. Camioane mai mici, ușoare: livrările în vrac către magazinele alimentare și alte puncte de vânzare cu amănuntul folosesc camioane și/sau remorci de tractoare din clasa 5 până la 7. Livrările la domiciliu folosesc autoutilitare Clasa 1 până la 4 care au nevoie de certificare a șoferilor reduse și sunt mai eficiente în ceea ce privește intervalele de livrare, costurile cu energia și parcarea. Aceste camioane au, de obicei, o greutate a șasiului < 10,000 lb.
2. Vehicule electrice: din ce în ce mai mult, accentul pus pe emisiile mai scăzute ale vehiculelor și poluarea fonică conduce la trecerea de la motoarele cu combustie internă pe gaz sau diesel la vehiculele electrice cu baterii. Alte beneficii includ costurile de întreținere reduse datorită mai puține piese în mișcare.
3. Refrigerare electrica: trecerea la sistemele de răcire care funcționează cu energie electrică alimentată de baterii (față de generatoare diesel) este determinată de nevoia de a controla emisiile și de a se îndrepta către soluții sustenabile de ultimul kilometru. Folosește în continuare fluide de răcire cu circuit închis și compresoare pentru a realiza controlul temperaturii. Refrigerarea electrică este un supliment natural la utilizarea vehiculelor electrice pentru a oferi livrări verzi și silentioase în cartierele rezidențiale. Parteneriate între producătorii de vehicule electrice și furnizorii de soluții de răcire se adresează segmentului de livrare de ultima milă frigorifică complet electric.
4. Refrigerare în stare solidă este o categorie particulară de 3, dar utilizează tehnologia de răcire termoelectrică bazată pe efectul Peltier. Nu utilizează piese mobile, fluide de răcire sau compresoare și elimină pericolele de încălzire globală ale scurgerilor de agent frigorific (agenții frigorifici tipici sunt hidrocarburi sau hidrofluorocarburi) care provoacă o absorbție de căldură de 2000 de ori mai mare în atmosferă decât CO2 și contribuie major la încălzirea globală.
5. Vehicule construite special pentru încărcarea și descărcarea ergonomică a mărfurilor, un aspect important pentru a proteja securitatea și sănătatea lucrătorilor
6. Personalizare pentru mai multe linii de produse și intervale de temperatură: livrarea pe ultimul kilometru are nevoi specifice pentru clienții individuali și poate implica o combinație de cerințe de temperatură și de produs.

Refrigerare cu stare solidă pentru livrări de ultima milă

Refrigerarea în stare solidă se referă la controlul temperaturii asigurat de tehnologia termoelectrică. Mai exact, se referă la aplicarea Efectul Peltier, care folosește elemente semiconductoare precum Telurura de bismut pentru a transfera sarcini de căldură active și pasive de la o „placă rece” (menținută la o temperatură țintă care poate fi de până la -60C) la o „placă fierbinte” (care este un radiator a cărui temperatură este cu câteva grade mai mare decât cea ambientală temperatura). Răcitoarele termoelectrice sau TEC-urile au fost folosite încă de la mijlocul anilor 1980 pentru a răci laserele și detectoarele pentru aplicații de comunicații și au jucat un rol esențial în propulsarea revoluțiilor de comunicare și de calcul cu lățime de bandă mare (vezi Figura 1).

Inversarea polarității electrice permite utilizarea TEC-urilor în modul de încălzire, ceea ce este foarte avantajos în aplicațiile cu variații mari de temperatură ambientală, unde partea rece trebuie menținută la o temperatură fixă. De asemenea, oferă oportunități de a folosi acest tip de tehnologie pentru a livra articole calde sau fierbinți, cum ar fi mâncarea preparată.

Avantajele răcirii termoelectrice sunt evidente – fiabilitate mai mare (fără piese în mișcare și compresoare), lipsă de hidrofluorocarburi (HFC) sau agenți frigorifici toxici (care ar putea produce scurgeri și pot cauza probleme de mediu), cerințe de dimensiune și greutate mai mici și funcționare mai silențioasă. De asemenea, permite controlul modular, distribuit și concentrat spațial al temperaturii și o eficiență generală mai bună a prizei de perete decât tehnicile convenționale de refrigerare care sunt concepute pentru a răci un întreg volum spațial al unui container sau remorcă.

Răcirea în stare solidă a fost folosită inițial pentru a răci sau a stabiliza temperatura micilor cipuri optice și electronice cu încărcări termice modeste. Pe măsură ce tehnologia a evoluat, a fost folosită pentru ansambluri mai mari, cum ar fi lasere industriale și computere. Scalarea acestuia la spații mari este imposibilă în această etapă (de exemplu, răcirea întregii remorci într-un camion de clasa 8) din cauza costurilor, consumului de energie și capacității. Cu toate acestea, containerele de volum modest ca răcitoare de băuturi și frigidere sub blat pentru uz medical și de laborator sunt practice și disponibile astăzi.

Fononic, cu sediul în Research Triangle Park (Carolina de Nord) este o companie de semiconductori specializată în dezvoltarea și fabricarea TEC-urilor pentru aplicații pe piața de masă, de la comunicații și LiDAR până la transport, controlul climatului și depozitarea vaccinurilor. Până în prezent, a strâns 250 de milioane de dolari, are 200 de angajați și are parteneriate cu parteneri de producție precum Fabrinet din Thailanda. Pe lângă proprietatea sa intelectuală în zona semiconductoarelor, s-a concentrat și pe integrarea produselor sale TEC în soluții frigorifice în stare solidă specifice aplicației și personalizate pentru laborator, comercializare, control climatic și îndeplinirea lanțului de frig.

Figura 2 prezintă ecosistemul de îndeplinire a lanțului de frig pe care îl abordează Phononic, inclusiv depozitarea și încărcarea în magazine, depozite și centre de livrare, precum și transportul pe ultimul kilometru între aceste locații și clientul final.

Produsul tote al companiei (Figura 3) își integrează TEC-urile pentru a asigura răcirea în volumul tote-ului și un agent frigorific CO2/apă pentru a respinge căldura în atmosferă prin ventilatoare integrate. Dimensiunile containerelor pot fi personalizate și vin în 2 modele – refrigerate și congelate. Primul consumă ~40W de putere la starea de echilibru, în timp ce versiunea de congelator consumă ~100W, perfect pentru vehiculele electrice în ceea ce privește consumul de energie și durata de viață a bateriei. Soluția oferă soluții personalizate de temperatură în funcție de sarcina utilă a produsului și integrează conectivitatea IoT pentru a monitoriza și urmări continuu respectarea temperaturii.

Phononic a colaborat cu Sortimo, care a personalizat o furgonetă electrică Ford extinsă ca vehicul Tri-Temp pentru demonstrațiile clienților. Până în prezent, compania are 15 instalații comerciale, cu mai multe proiectate în viitorul apropiat. Potrivit lui Tony Atti, CEO Phononic, „Am văzut o oportunitate de a folosi platforma noastră de semiconductori și designul sistemului integrat pentru a oferi o soluție durabilă și eficientă din punct de vedere al costurilor pentru lanțul de frig de la capăt la capăt/livrarea ultimului mile. Testele preliminare indică faptul că un lanț de produse alimentare de dimensiuni medii cu 60 de magazine poate economisi 1 milion de dolari în costuri anuale de operare pentru livrări și poate evita emisiile de CO800 de peste 2 de tone metrice, în comparație cu vehiculele de livrare a benzinei care folosesc gheață carbonică și pachete de gel”. În continuare, ne vom adresa centrelor de livrare, livrarea de la mijlocul milei, ridicarea în magazin/la bordul terenului și livrarea pe ultimul mile cu camioane și drone Tri-Temp”.

Soluții emergente de livrare Last Mile

Principalele companii de comerț electronic investesc în vehicule electrice pentru livrările de pe ultimul kilometru. Participația Amazon la Rivian este un exemplu. Walmart a făcut echipă cu Canoo pentru o capacitate similară. În timp ce acestea sunt pentru livrări generale, tocurile frigorifice în stare solidă sunt ideale pentru anumite încărcături utile.

Pe măsură ce comerțul electronic și livrările bazate pe aplicații cresc, apar noi modalități de transport pe ultimul kilometru. Acestea sunt probabil autonome (roboți, drone și camionete) și propulsate electric. Amazon recent a lansat robotul de livrare Amazon Scout și a primit permisiunea de la FAA pentru a face livrări de alimente și medicamente pe bază de drone.

Nuro, un producător de furgonete autonome are parteneriate cu Kroger, pentru livrări de alimente și cu Domino's pentru livrări de pizza. Au semnat recent un acord cu Uber Eats pentru livrarea alimentelor de la restaurante la case și afaceri.

În căutarea de a valorifica campusurile universitare foarte populate, cu studenți înfometați de hrănit, Starship Technologies a anunțat recent un serviciu de livrare de alimente bazat pe robot la Universitatea de Stat din Missouri. Mesele calde și reci sunt livrate de la cantine în diferite locații din campus prin livrări de robot bazate pe aplicații.

Soluțiile ușoare, eficiente din punct de vedere energetic și durabile, cu temperatură controlată în stare solidă, pentru livrările de produse refrigerate, congelate sau încălzite sunt un adjuvant perfect pentru aceste moduri de transport emergente pentru livrările de pe ultimul kilometru.