ارزیابی تغییر حالت کامیون به راه‌آهن برای کربن‌زدایی بار در مراکز اصلی حمل و نقل ایالات متحده با اشکال مختلف شهری

این تحقیق به بررسی تأثیرات افزایش نقش حمل و نقل ریلی در قطب‌های اصلی حمل و نقل ایالات متحده با اشکال مختلف شهری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش حمل و نقل می‌پردازد. این مطالعه با استفاده از ابزار شبیه‌سازی مبتنی بر عامل POLARIS، سه شهر – شیکاگو، آتلانتا و دالاس-فورت ورث – را که نشان‌دهنده درجات مختلفی از تراکم، مرکزیت و گسترش فعالیت‌های اقتصادی و شبکه ریلی آنها هستند، مقایسه می‌کند. این مقاله با (1) ارائه چارچوبی برای مدل‌سازی عملیات حمل و نقل بین‌وجهی در چارچوب مدل‌های شبیه‌سازی مبتنی بر عامل، (2) ارزیابی چگونگی تعامل ادغام راه‌آهن با شکل شهری، و (3) ارائه بینش‌هایی برای سیاست‌گذاران برای توسعه استراتژی‌های تغییر شیوه حمل و نقل که نابرابری‌های شهری را در نظر می‌گیرند، و ترویج سیاست‌های کربن‌زدایی مؤثر و عادلانه، به این امر کمک می‌کند. یافته‌های اصلی نشان می‌دهد که انتقال بار از کامیون به راه‌آهن به طور قابل توجهی مسافت پیموده شده توسط کامیون‌ها را کاهش می‌دهد، و بیشترین مزایا در شیکاگو به دلیل شکل متراکم و چندمرکزی و شبکه ریلی آن است، در حالی که دالاس-فورت ورث به دلیل پوشش ریلی محدود و پراکندگی بیشتر، تأثیرات کمتری را مشاهده می‌کند. اگرچه آتلانتا نیز الگوهای مرکزیت را نشان می‌دهد، اما شبکه ریلی محدود، مزایای سیاست‌های تغییر شیوه حمل و نقل را محدود می‌کند. این نتایج، تأثیر شکل شهری و تراکم ایستگاه‌های راه‌آهن را بر اثربخشی سیاست‌های تغییر شیوه حمل و نقل از کامیون به راه‌آهن برجسته می‌کند.

مقدمه

بخش حمل و نقل مسئول تقریباً یک سوم از انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG) ایالات متحده در سال 2022 بود، و کامیون‌های متوسط و سنگین (MD/HD) یک چهارم از این انتشارها را تشکیل می‌دادند [1]. در همان سال، سیستم حمل و نقل ایالات متحده 19.7 میلیارد تن کالا به ارزش 18.8 تریلیون دلار را جابجا کرد که کامیون‌ها 72٪ از این بار را از نظر ارزش و 64٪ از نظر وزن حمل می‌کردند [2] که تسلط آنها را در بخش حمل و نقل برجسته می‌کند. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تا سال 2050، بار حمل شده سالانه توسط کامیون‌ها در ایالات متحده 93٪ از نظر ارزش و 47٪ از نظر وزن افزایش خواهد یافت [2،3]. با توجه به نقش مهم کامیون‌ها در حمل و نقل بار و سهم قابل توجه آنها در انتشار گازهای گلخانه‌ای، شناسایی و اجرای راه‌حل‌های جایگزین برای کاهش این انتشارها بسیار مهم است.

حمل و نقل ریلی به طور قابل توجهی از نظر انرژی کارآمدتر است و در مقایسه با کامیون‌ها، گازهای گلخانه‌ای کمتری در هر تن-مایل منتشر می‌کند [4]. قطارها می‌توانند حجم زیادی از کالاها را در مسافت‌های طولانی با ردپای کربن بسیار کمتر جابجا کنند و از صرفه‌جویی در مقیاس و کاهش مصرف سوخت بهره ببرند. علاوه بر این، سیستم‌های ریلی مدرن می‌توانند با برق‌رسانی، منابع انرژی تجدیدپذیر و فناوری‌های پیشرفته نیرو بگیرند و آنها را به گزینه‌ای پایدارتر برای حمل و نقل بار تبدیل کنند [5]. انتقال بخشی از جابجایی بار از کامیون به راه‌آهن می‌تواند مزایای زیست‌محیطی قابل توجهی از جمله کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، بهبود کیفیت هوا و کاهش تراکم جاده‌ها را به همراه داشته باشد. در حالی که چندین تلاش تحقیقاتی اثرات انتقال بار از کامیون به راه‌آهن را برای کشورها و مناطق مختلف تجزیه و تحلیل کرده‌اند [6-10]، تحقیقات بیشتری برای تمرکز بر اثرات سطح منطقه‌ای بر شهرهای ایالات متحده مورد نیاز است.

شکل شهری، به ویژه در ارتباط با میزان تراکم، مرکزیت و گستردگی فعالیت‌های اقتصادی شهرها، به طور قابل توجهی بر عملیات لجستیک بار و زنجیره‌های تأمین تأثیر می‌گذارد [11،12]. در شهرهای بسیار متمرکز، که جمعیت و فعالیت‌های اقتصادی در هسته‌های متراکم شهری متمرکز شده‌اند، حمل و نقل ریلی می‌تواند با اتصال کارآمد مراکز اصلی با حداقل وابستگی به کامیون‌ها برای تحویل در آخرین مایل، یک مزیت رقابتی برای جابجایی کالاهای مسافت طولانی فراهم کند. برعکس، در شهرهای پراکنده که با توسعه کم تراکم و فعالیت اقتصادی غیرمتمرکز مشخص می‌شوند، کامیون‌ها به دلیل نیاز به تحویل انعطاف‌پذیر و درب به درب در مقاصد پراکنده و بسیار پراکنده، به شیوه غالب حمل و نقل بار تبدیل شده‌اند. تلاش‌های تحقیقاتی در این زمینه، معیارهای مرکزیت و پراکندگی [11] و همگرایی و واگرایی [13] را بر اساس تراکم جمعیت و اشتغال از منظر عملیات حمل و نقل بار بررسی کرده‌اند. با این حال، نیاز به تحقیقات بیشتر در مورد تأثیر تغییر بار از کامیون به راه آهن در شهرهایی با اشکال مختلف شهری وجود دارد.

در این مطالعه، نویسندگان با استفاده از شبیه‌سازی سیستم‌های حمل و نقل، تأثیرات افزایش نقش حمل و نقل ریلی در حمل و نقل بار را بررسی می‌کنند و شهرهایی را در ایالات متحده با اشکال مختلف شهری نشان می‌دهند. این تحقیق از POLARIS [14]، یک ابزار شبیه‌سازی پیشرفته سیستم‌های حمل و نقل مبتنی بر عامل که برای مدل‌سازی رفتار پیچیده سفر، لجستیک بار و فناوری‌های نوظهور حمل و نقل در مقیاس‌های منطقه‌ای طراحی شده است، بهره می‌برد. این تحلیل بر تحلیل سطح منطقه‌ای برای شیکاگو، آتلانتا و دالاس-فورت ورث با اشکال مختلف شهری تمرکز دارد. شیکاگو شهری با درجه مرکزیت بالا و پس از آن آتلانتا را نشان می‌دهد. دالاس-فورت ورث شهری پراکنده را نشان می‌دهد. نتایج این تحقیق می‌تواند برای بررسی چگونگی تأثیر سیاست‌های تغییر شیوه حمل و نقل بر شهرهای مختلف به دلیل نابرابری‌ها در شکل شهری مورد استفاده قرار گیرد.

دستاوردهای این مطالعه سه جنبه دارد. اول، این تحقیق یک پیاده‌سازی روش‌شناختی برای عملیات حمل و نقل بین‌وجهی در چارچوب شبیه‌سازی مبتنی بر عامل ارائه می‌دهد. دوم، ارزیابی مقایسه‌ای از سه شهر ایالات متحده – شیکاگو، آتلانتا و دالاس-فورت ورث – که نشان‌دهنده درجات مختلفی از تراکم، مرکزیت و گسترش فعالیت‌های اقتصادی آنها هستند، انجام می‌دهد و بینش‌هایی در مورد تعامل بین ادغام راه‌آهن و شکل شهری و تفاوت‌ها در مزایای مورد انتظار تغییر شیوه حمل و نقل ارائه می‌دهد. در نهایت، یافته‌ها بینش‌های عملی برای سیاست‌گذاران فراهم می‌کند و امکان توسعه استراتژی‌های تغییر شیوه حمل و نقل را فراهم می‌کند که نابرابری‌های شکل شهری را در نظر می‌گیرند و از سیاست‌های کربن‌زدایی حمل و نقل مؤثرتر و عادلانه‌تر پشتیبانی می‌کنند.(منبع).