트럭 군집주행은 통합 차량의 온실가스 배출을 변화시킵니다

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4495(2023) 이 기사 인용

2846 액세스

19 알트메트릭

측정항목 세부정보

온실가스 배출을 줄이는 것이 기후변화 완화의 핵심이 되었습니다. 트럭 군집주행은 도로에서 차량의 배출가스를 줄이기 위한 전략으로 제안되었습니다. 그러나 도로 인프라 배출에 대한 이 기술의 잠재적인 상호 작용 영향은 아직 불분명합니다. 여기에서는 북미 전역의 1457개 도로 구간에 걸쳐 대규모 도로 네트워크 수준에서 통합 차량-도로 시스템에 대한 트럭 군집 주행의 탈탄소화 효과를 평가합니다. 우리는 트럭 군집주행이 트럭 운행으로 인한 배출을 감소시키지만 도로 인프라의 내구성을 더 빨리 저하시키고 더 빈번한 유지 관리 작업으로 인해 도로 배출이 27.9% 증가한다는 것을 보여줍니다. 전반적으로, 트럭 군집주행은 통합 차량-도로 시스템의 배출량을 5.1% 감소시킵니다. 배출 감소의 이점과 달리, 트럭 군집주행은 자동차 사용자와 운송 기관에 추가적인 재정적 부담을 초래하므로 배출과 비용, 기관과 사용자 간의 상충관계에 대한 고려가 필요합니다. 우리의 연구는 기후 변화를 완화하기 위한 트럭 군집주행의 잠재적 적용에 대한 통찰력을 제공합니다.

인위적 온실가스(GHG) 배출량은 모든 주요 산업 부문에서 증가하고 있습니다1. 온실가스 배출 증가는 지구 온난화, 기상 이변, 토지 황폐화, 해류 변화 등 기후 변화를 초래합니다2,3,4. 온실가스 배출을 줄이는 것은 지구 기후 변화에 대처하기 위한 필수 단계가 되었습니다. 운송 부문은 전 세계 에너지 관련 배출량의 23%(8.7Gt CO2-eq)를 차지하는 것으로 추산되며, 차량에 의한 화석 연료 소비가 주요 배출원입니다5,6. 예를 들어, 미국 EPA(환경 보호국)는 도로 차량의 배출량이 미국 전체 GHG 배출량의 22%를 차지한다고 보고합니다7. 따라서 도로 운송 부문에서 효과적인 탈탄소화 전략과 기술을 개발하는 것은 온실가스 감축에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

차량 관련 온실가스 배출을 줄이기 위해 최근 제안된 전략 중 하나는 트럭 군집주행입니다8,9. 트럭 군집주행은 열차의 작동 모드와 유사하며, 후행 트럭이 진행 중인 트럭을 바짝 따라가며 공기 저항을 줄여 연료 소비를 줄입니다. 최신 공기역학적 시뮬레이션과 현장 관찰을 통해 트럭 군집주행이 트럭의 연비를 향상시키고 차량에서 발생하는 온실가스 배출량을 줄이는 것으로 나타났습니다10,11,12,13. 그러나 차량은 교통 시스템의 도로 인프라와 긴밀하게 상호 작용합니다. 특히, 트럭 군집주행은 두 개의 연속 트럭 적재 사이의 적재 간격을 줄여 일반 트럭 운행에 비해 도로 포장층의 자가 치유를 방해하고 도로 내구성을 손상시킬 수 있습니다14,15,16,17,18. 결과적으로 군집주행 트럭은 초기 건설 후 도로 유지 관리 작업(예: 균열 밀봉, 패치, 밀링 및 오버레이)에 대한 수요를 증가시키고 포장 도로의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 초기 건설 후 도로 유지보수 작업은 작업 자체뿐만 아니라 차량 운영의 효율성 저하(예: 교통 혼잡)로 인해 온실가스 배출이 발생합니다19,20,21,22. 도로 유지 관리로 인한 추가 배출은 운송 시스템의 탄소 발자국을 재형성하여 트럭 군집 주행의 순 탈탄소화 이점을 불확실하게 만듭니다. 또한, 트럭 군집주행의 이점에 대한 기존 연구는 단지 몇 가지 교통 및 환경 시나리오를 다루는 프로젝트 수준 조사로 제한됩니다. 이 기술이 대규모 도로망에 도입된다면 트럭 군집주행의 효율성에는 상당한 불확실성이 남아 있습니다.

본 연구에서는 트럭 군집주행이 차량-도로 통합 인프라 시스템의 온실가스 배출(즉, CO2-eq)에 미치는 영향을 네트워크 수준에서 조사했습니다. 두 가지 이유로 북미 전역의 총 1457개 도로 구간을 평가에 사용했습니다. 첫째, 북미 지역의 1인당 자동차 보유율, 도로 여행 마일리지, 도로 여행 관련 온실가스 배출량이 세계 1위를 차지하고 있습니다. 따라서 이 지역의 잠재적인 탈탄소화 혜택은 전 세계 온실가스 감축에 무시할 수 없는 영향을 미칠 수 있습니다. 둘째, 장기 포장 성능(LTPP) 프로그램23을 통해 이 지역에 대한 광범위한 도로 정보 데이터베이스가 개발되었습니다. LTPP 데이터베이스는 도로 위치, 구조 및 재료 특성, 교통량, 기후대, 도로 성능 및 유지 관리 작업을 포함하여 배출 분석에 필수적인 데이터를 제공합니다(보충 방법 1, 보충 데이터 1-5 참조). 이러한 데이터를 사용하여 우리는 개발된 프레임워크를 통해 트럭 군집주행(가정)과 비군집주행(기준) 대안으로 생성된 탄소 발자국 변화를 계산하고 평가했습니다(보조 그림 1 참조). 결과는 트럭 군집주행이 차량-도로 인프라 시스템의 온실가스 배출에 어떻게 영향을 미치는지 밝혀줍니다.