Группирование грузовиков меняет выбросы парниковых газов интегрированного автомобиля

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4495 (2023) Цитировать эту статью

2846 Доступов

19 Альтметрика

Подробности о метриках

Сокращение выбросов парниковых газов превратилось в основу смягчения последствий изменения климата. Создание колонн грузовиков предлагается в качестве стратегии снижения выбросов от транспортных средств на дорогах. Однако потенциальное интерактивное воздействие этой технологии на выбросы от дорожной инфраструктуры остается неясным. Здесь мы оцениваем влияние декарбонизации грузовых автоколонн на интегрированную систему транспортных средств и дорог на уровне крупномасштабной дорожной сети, охватывающей 1457 участков дорог по всей Северной Америке. Мы показываем, что группирование грузовиков снижает выбросы, вызванные работой грузовых автомобилей, но приводит к более быстрому снижению долговечности дорожной инфраструктуры и приводит к увеличению выбросов на 27,9% из-за более частых работ по техническому обслуживанию. В целом, объединение грузовиков в колонны приводит к сокращению выбросов интегрированной автомобильно-дорожной системы на 5,1%. В отличие от преимуществ сокращения выбросов, группирование грузовых автомобилей приводит к дополнительному финансовому бремени для пользователей автомобилей и транспортных агентств, что требует рассмотрения компромисса между выбросами и затратами, а также между агентствами и пользователями. Наше исследование дает представление о потенциальном применении автоколонны грузовиков для смягчения последствий изменения климата.

Выбросы антропогенных парниковых газов (ПГ) растут во всех основных отраслях промышленности1. Увеличение выбросов парниковых газов приводит к таким изменениям климата, как глобальное потепление, экстремальные погодные условия, деградация земель и изменение океанских течений2,3,4. Сокращение выбросов парниковых газов стало необходимым шагом на пути борьбы с глобальным изменением климата. По оценкам, на транспортный сектор приходится 23% (8,7 Гт CO2-экв.) глобальных выбросов, связанных с энергетикой1, при этом потребление ископаемого топлива транспортными средствами является основным источником5,6. Например, Агентство по охране окружающей среды США сообщает, что выбросы от автотранспорта составляют 22% от общего объема выбросов парниковых газов в США7. Таким образом, разработка эффективных стратегий и технологий декарбонизации в секторе автомобильного транспорта имеет большой потенциал для сокращения выбросов парниковых газов.

Одной из недавно предложенных стратегий по сокращению выбросов парниковых газов, связанных с транспортными средствами, является создание автоколонн грузовиков8,9. Формирование взводов грузовиков напоминает режим работы поезда: тянущиеся за ним грузовики следуют вплотную за идущим грузовиком, чтобы уменьшить сопротивление воздуха и, следовательно, расход топлива. Последние аэродинамические моделирования и полевые наблюдения показали, что группирование грузовиков улучшает топливную экономичность грузовиков и снижает выбросы парниковых газов от транспортных средств10,11,12,13. Однако транспортные средства тесно взаимодействуют с дорожной инфраструктурой в транспортной системе. В частности, группирование грузовиков сокращает интервал погрузки между двумя последовательными загрузками грузовиков, что, вероятно, препятствует самовосстановлению слоя дорожного покрытия и снижает долговечность дороги по сравнению с обычными операциями грузовиков14,15,16,17,18. Следовательно, групповые грузовики могут увеличить требования к работам по содержанию дорог (например, заделке трещин, ямочному ремонту, фрезерованию и накладке) после первоначального строительства и сократить срок службы покрытия. Работы по содержанию дорог после первоначального строительства приводят к выбросам парниковых газов не только в результате самих работ, но и из-за снижения эффективности работы транспортных средств (например, из-за заторов на дорогах)19,20,21,22. Дополнительные выбросы от содержания дорог изменяют углеродный след транспортной системы, делая неопределенными чистые выгоды от декарбонизации от использования автоколонн грузовиков. Кроме того, существующие исследования преимуществ группирования грузовиков ограничиваются исследованиями на уровне проектов, охватывающими лишь несколько сценариев дорожного движения и окружающей среды. Остается значительная неопределенность в отношении эффективности группирования грузовиков, если эта технология будет внедрена в крупномасштабные дорожные сети.

В этом исследовании изучалось влияние группировки грузовых автомобилей на выбросы парниковых газов (т.е. CO2-экв.) в интегрированной системе дорожно-транспортной инфраструктуры на сетевом уровне. Всего для оценки было использовано 1457 участков дорог по всей Северной Америке по двум причинам. Во-первых, уровень владения транспортными средствами на душу населения, пробег по дорогам и выбросы парниковых газов, связанные с поездками, в Северной Америке занимают первое место в мире. Таким образом, любые потенциальные выгоды от декарбонизации в этом регионе могут привести к существенному воздействию на глобальное сокращение выбросов парниковых газов. Во-вторых, в рамках программы «Долгосрочная эксплуатация дорожного покрытия» (LTPP)23 для этого региона была разработана обширная база данных с информацией о дорогах. База данных LTPP предоставляет необходимые данные для анализа выбросов, включая расположение дорог, структуру и свойства материалов, объемы движения, климатические зоны, характеристики дорог и работы по техническому обслуживанию (см. Дополнительный метод 1, Дополнительные данные 1–5). Используя эти данные, мы рассчитали и оценили изменения углеродного следа, возникающие при использовании автоколонн (предполагаемых) и альтернатив без автоколонн (базовый уровень), с помощью разработанной структуры (см. дополнительный рисунок 1). Результаты проливают свет на то, как группирование грузовиков влияет на выбросы парниковых газов в системе дорожно-транспортной инфраструктуры.