Зберігайте прохолоду – від магазину до дверей

Транспортування харчових продуктів, ліків, швидкопсувних продуктів та інших предметів, чутливих до температури, на далекі відстані та на останню милю здійснюється за допомогою вантажівок-рефрижераторів. Приблизно 2% із ~38 мільйонів вантажівок у Північній Америці, які сьогодні їздять по дорогах, охолоджуються та приносять дохід від доставки вантажів у розмірі 12 мільярдів доларів США на рік (загальний дохід від вантажних перевезень становить ~750 мільярдів доларів США на рік). Наземне переміщення товарів включає заплутану мережу портів, складів, фабрик і ферм, які завантажують продукцію у далекобійні вантажівки, які доставляють її до місцевих розподільних центрів і магазинів. Доставки «останньої милі» переміщують запаси з розподільних центрів і магазинів до домівок і підприємств кінцевих споживачів, генеруючи ~60 мільярдів доларів США на рік доходу. 10% з них (6 мільярдів доларів США на рік) – це охолоджені поставки.

Розповсюдження холодового ланцюга — це спеціалізований процес, який керує рухом чутливих до температури продуктів від місць походження (заводів, ферм, складів, центрів розподілу) до кінцевого споживача. Тривалість зберігання/транспортування та контроль температури є критично важливими для планування, моніторингу та виконання, щоб зберегти якість і цілісність продукції. Ранні реалізації використовували природний і сухий лід і були обмежені короткими відстанями. Вантажівки рефрижератори були винайдені в 1935 році Фредріком Джонсом, досвідчений інженер із самоосвітою, який служив в армії США під час Першої світової війни. Це нововведення відіграло значну роль у Другій світовій війні, транспортуючи ліки, кров і їжу для військ США. Започаткування системи міжштатних автомагістралей США в 1956 році засвідчило суттєві покращення в пропускній здатності, ефективності та асортименті вантажівок-рефрижераторів (відомих ніжно та дивовижно як «рефрижераторів”. Біллу Магеру це повинно сподобатися!).

Найбільш далекі рефрижераторів використовувати механічне охолодження для забезпечення контролю температури всього внутрішнього об’єму причепа або контейнерного блоку, в якому зберігається продукт. Поєднання охолоджуючих рідин, компресорів, ізоляції та вентиляції використовується зі спеціальним дизельним генератором, який забезпечує потужність для роботи холодильного агрегату. Багато варіантів доставки «останньої милі» також використовують деякі варіанти цього методу.

Розвиток електронної комерції та пандемія Covid значно збільшили кількість охолоджених поставок останньої милі від магазинів і розподільних центрів до кінцевих споживачів. Мережі продуктових магазинів і гіганти електронної комерції побачили значні можливості в доставці швидкопсувних товарів у той же день, таких як бакалія, напівфабрикати та ліки. Вони продовжили інвестиції в складські приміщення та доставка. Спеціалізовані та спеціально сконструйовані фургони, роботи та безпілотники – це деякі з варіантів, які розробляються для цих поставок.

Основні інновації, які відбуваються у вантажівках для доставки на останній милі, включають:

1. Менші, легкі вантажівки: для оптових поставок у продуктові магазини та інші точки роздрібної торгівлі використовують вантажівки та/або тягачі 5-7 класів. Для доставки додому використовуються мікроавтобуси класів 1–4, які потребують менше сертифікатів водіїв і є більш ефективними з точки зору інтервалів доставки, витрат на електроенергію та паркування. Ці вантажівки зазвичай мають вагу шасі < 10,000 XNUMX фунтів.
2. Електричні транспортні засоби: акцент на зниженні викидів транспортних засобів і шумовому забрудненні все більше спонукає до переходу від газових або дизельних двигунів внутрішнього згоряння до електромобілів, що працюють від акумуляторів. Інші переваги включають зниження витрат на обслуговування завдяки меншій кількості рухомих частин.
3. Електрохолодильник: Перехід до систем охолодження, які працюють від електричної енергії від акумуляторів (на відміну від дизель-генераторів), зумовлений необхідністю контролювати викиди та переходом до стійких рішень «останньої милі». Він все ще використовує замкнуті охолоджуючі рідини та компресори для досягнення контролю температури. Електричне охолодження є природним доповненням до використання електромобілів для забезпечення екологічних і тихих доставки в житлових районах. Партнерство між виробниками електромобілів і постачальниками систем охолодження звернути увагу на сегмент доставки «останньої милі» з повністю електричними рефрижераторами.
4. Твердотільний холод відноситься до категорії 3, але використовує технологію термоелектричного охолодження на основі ефекту Пельтьє. Він не використовує рухомих частин, охолоджуючих рідин або компресорів і усуває небезпеку глобального потепління через витоки холодоагенту (типовими холодоагентами є вуглеводні або фторвуглеводні), які спричиняють у 2000 разів більше поглинання тепла в атмосфері, ніж CO2, і є основним фактором глобального потепління.
5. Спеціально сконструйовані транспортні засоби для ергономічного завантаження та розвантаження вантажів, важливий момент для захисту безпеки та здоров’я працівників
6. Налаштування для кількох ліній продуктів і температурних діапазонів: Доставка «останньої милі» має особливі потреби для окремих клієнтів і може включати поєднання вимог до температури та продукту.

Твердотільні холодильні установки для доставки на останню милю

Твердотільний холод – це контроль температури, який забезпечується термоелектричною технологією. Зокрема, це стосується застосування Ефект Пельтьє, який використовує напівпровідникові елементи, такі як телурид вісмуту для передачі активних і пасивних теплових навантажень від «холодної пластини» (підтримуваної при цільовій температурі, яка може бути до -60C) на «гарячу пластину» (яка є радіатором, температура якого на кілька градусів вища за навколишнє середовище) температура). Термоелектричні охолоджувачі або ТЕС використовувалися з середини 1980-х років для охолодження лазерів і детекторів для комунікаційних додатків і відіграли важливу роль у революції у зв’язку з високою пропускною здатністю та обчисленнях (див. рис. 1).

Зміна електричної полярності дає змогу використовувати ТЕС у режимі нагрівання, що є дуже вигідним у додатках із великими коливаннями температури навколишнього середовища, де холодна сторона повинна підтримуватися на постійній температурі. Це також відкриває можливості використовувати цю технологію для доставки теплих або гарячих продуктів, наприклад готової їжі.

Переваги термоелектричного охолодження очевидні – вища надійність (немає рухомих частин і компресорів), відсутність гідрофторвуглеців (ГФВ) або токсичних холодоагентів (які можуть витікати та спричинити проблеми з навколишнім середовищем), менші вимоги до розміру та ваги та тихіша робота. Це також забезпечує модульне, розподілене та просторово сфокусоване керування температурою та загальну кращу ефективність розетки, ніж звичайні холодильні технології, які призначені для охолодження всього просторового об’єму контейнера чи причепа.

Твердотільне охолодження спочатку використовувалося для охолодження або стабілізації температури невеликих оптичних і електронних мікросхем із помірними тепловими навантаженнями. У міру розвитку технології її використовували для більших вузлів, таких як промислові лазери та комп’ютери. Масштабування для великих приміщень на даному етапі є недоцільним (наприклад, охолодження всього причепа у вантажівці класу 8) через міркування щодо вартості, споживання електроенергії та місткості. Однак скромні за обсягом ємності подобаються охолоджувачі напоїв та підстільні холодильники для медичного та лабораторного використання практичні та доступні сьогодні.

Фононічний, розташована в Research Triangle Park (Північна Кароліна), є напівпровідниковою компанією, яка спеціалізується на розробці та виробництві ТЕС для масового використання, починаючи від комунікацій і LiDAR до транспортування, контролю клімату та зберігання вакцин. На сьогодні компанія залучила 250 мільйонів доларів США, має 200 співробітників і співпрацює з такими партнерами-виробниками, як Fabrinet у Таїланді. Крім своєї інтелектуальної власності в області напівпровідників, вона також зосередилася на інтеграції своїх продуктів TEC у спеціалізовані твердотільні холодильні рішення для лабораторій, мерчандайзингу, клімат-контролю та холодильного ланцюга.

На рисунку 2 показана екосистема виконання холодових ланцюгів, яку використовує Phononic, включаючи зберігання та завантаження в магазинах, складах і центрах виконання, а також транспортування останньої милі між цими місцями та кінцевим клієнтом.

Продукт компанії tote (Малюнок 3) інтегрує свої TEC для забезпечення охолодження всередині об’єму tote та холодоагент CO2/вода для відводу тепла в атмосферу за допомогою вбудованих вентиляторів. Розміри сумок можна налаштувати, і вони доступні в 2 моделях – охолоджені та заморожені. Перший споживає ~40 Вт енергії в стабільному стані, тоді як морозильна версія споживає ~100 Вт, що ідеально підходить для електромобілів з точки зору споживання енергії та часу роботи акумулятора. Рішення забезпечує індивідуальні температурні рішення залежно від корисного навантаження продукту та інтегрує підключення IoT для постійного моніторингу та відстеження відповідності температури.

Phononic співпрацює з Sortimo, який налаштував подовжений електрофургон Ford як автомобіль Tri-Temp для демонстрацій клієнтам. На сьогоднішній день компанія має 15 комерційних установок, у найближчому майбутньому планується ще більше. За словами Тоні Атті, генерального директора Phononic, «Ми побачили можливість використовувати нашу напівпровідникову платформу та дизайн інтегрованої системи, щоб забезпечити стійке та економічно ефективне рішення для наскрізного холодового ланцюга/доставки на останню милю. Попереднє тестування показує, що продуктова мережа середнього розміру з 60 магазинами може заощадити 1 мільйон доларів на річних операційних витратах на доставку та уникнути викидів понад 800 метричних тонн CO2 у порівнянні з бензиновими транспортними засобами, які використовують сухий лід і пакети з гелем». У майбутньому ми будемо працювати з центрами виконання робіт, доставкою на середній милі, забиранням у магазині/з вулиці та доставкою на останній милі за допомогою вантажівок і дронів Tri-Temp».

Нові рішення доставки «Остання миля».

Великі компанії електронної комерції інвестують у електромобілі для доставки останньої милі. Частка Amazon в Rivian є одним із прикладів. Walmart об’єднався з Canoo для аналогічної здатності. Хоча вони призначені для загальних поставок, твердотільні холодильники ідеально підходять для певного корисного навантаження.

У міру зростання електронної комерції та доставки на основі додатків з’являються нові способи транспортування «останньої милі». Ймовірно, вони будуть автономними (роботи, безпілотники та фургони) і мають електричний рух. Amazon нещодавно запустила робота-доставника Amazon Scout і отримала дозвіл FAA здійснювати доставку їжі та ліків за допомогою дронів.

Nuro, виробник автономних фургонів має партнерські відносини з Kroger, для доставки продуктів і з Domino's для доставки піци. Нещодавно вони підписали угоду з Uber Eats для доставка їжі з ресторанів додому та на підприємства.

Бажаючи заробити на густонаселених кампусах коледжів, де можна нагодувати голодних студентів, Starship Technologies нещодавно анонсувала служба доставки їжі на основі роботів в Університеті штату Міссурі. Гарячі та холодні страви доставляються з кафетеріїв у різні локації кампусу за допомогою роботи-доставки на основі додатків.

Легкі, енергоефективні та стійкі твердотільні рішення з контрольованою температурою для доставки охолоджених, заморожених або підігрітих продуктів є ідеальним доповненням до цих нових видів транспорту для доставки останньої милі.