Зелена логістика у залізничному транспорті: моделювання екологічних аспектів та стійкі рішення

Abstract

UA: Мета дослідження полягає у розробці математичних моделей для оцінки зелених аспектів залізничної логістики та визначенні оптимальних стійких рішень для мінімізації вуглецевого сліду та підвищення ресурсоефективності у контексті циркулярної економіки. Методика. У статті досліджено концепцію зеленої логістики у залізничному транспорті через призму екологічних, економічних та соціальних аспектів сталого розвитку. Розрахунок вуглецевого сліду (Carbon Footprint) залізничної логістики базується на стандарті ISO 14083:2023 та концепції зеленої логістики. Результати. Згідно з методологією зеленої логістики, повний вуглецевий слід включає не тільки прямі викиди від експлуатації, але й непрямі викиди від виробництва енергії, будівництва інфраструктури та управління відходами. Розроблено математичні моделі для розрахунку вуглецевого сліду залізничних перевезень та оптимізації енергоспоживання з урахуванням принципів циркулярної економіки. Запропоновано комплексний індекс зеленої стійкості залізничної логістики GMSL (Green Multimodal Sustainability for Logistics), який інтегрує показники декарбонізації, ресурсоефективності та соціальної відповідальності. Результати моделювання демонструють, що впровадження принципів зеленої логістики через електрифікацію з відновлюваними джерелами енергії може знизити викиди CO₂ на 90%, а використання водневих локомотивів забезпечує повну декарбонізацію перевезень. Проведено порівняльний аналіз шести сценаріїв розвитку зеленої залізничної логістики для України, який виявив, що найвища інтегральна стійкість досягається при змішаній стратегії, що включає мультимодальну інтеграцію, зелені вантажні коридори та цифрову трансформацію. Наукова новизна. Розроблено удосконалену математичну модель розрахунку вуглецевого сліду для різних типів залізничної тяги, побудовано та досліджено модель оптимізації енергоспоживання залізничного транспорту. Аналіз міжнародного досвіду показав ефективність запропонованих підходів як повний перехід на відновлювані джерела енергії (Нідерланди), масове впровадження водневих технологій (Німеччина, Франція), інтеграція сонячної енергії (Індія, Велика Британія), цифровізація управління (Швейцарія, Японія). Запропоновано комплексний індекс зеленої стійкості залізничної логістики з інтеграцією принципів циркулярної економіки. Практична значимість. Для України рекомендовано поетапну стратегію: завершення електрифікації основних коридорів до 2027 року, досягнення 75% електрифікації до 2030 року, інтеграція 30% відновлюваних джерел енергії до 2030 року, запуск водневих локомотивів та повна декарбонізація до 2040 року. Доведено можливість використання розроблених моделей для обґрунтування інвестиційних рішень щодо модернізації залізничної мережі України та оцінки екологічного ефекту від впровадження різних технологічних рішень.

EN: The purpose of the research is to develop mathematical models for assessing the green aspects of railway logistics and identifying optimal sustainable solutions to minimize the carbon footprint and increase resource efficiency in the context of a circular economy. Methodology. The article examines the concept of green logistics in railway transport through the prism of environmental, economic and social aspects of sustainable development. The calculation of the carbon footprint of rail logistics is based on the ISO 14083:2023 standard and the concept of green logistics. The results. According to the green logistics methodology, the full carbon footprint includes not only direct emissions from operation, but also indirect emissions from energy production, infrastructure construction and waste management. Mathematical models have been developed to calculate the carbon footprint of rail transport and optimize energy consumption taking into account the principles of the circular economy. A comprehensive green sustainability index for rail logistics, GMSL (Green Multimodal Sustainability for Logistics), which integrates indicators of decarbonization, resource efficiency and social responsibility, has been proposed. The modeling results demonstrate that the implementation of green logistics principles through electrification with renewable energy sources can reduce CO₂ emissions by 90%, and the use of hydrogen locomotives ensures complete decarbonization of transportation. A comparative analysis of six scenarios for the development of green railway logistics for Ukraine was conducted, which revealed that the highest integrated sustainability is achieved with a mixed strategy that includes multimodal integration, green freight corridors and digital transformation. Scientific novelty. An improved mathematical model for calculating the carbon footprint for different types of railway traction was developed, a model for optimizing rail transport energy consumption was built and studied. An analysis of international experience showed the effectiveness of the proposed approaches as a complete transition to renewable energy sources (Netherlands), mass implementation of hydrogen technologies (Germany, France), integration of solar energy (India, Great Britain), digitalization of management (Switzerland, Japan). A comprehensive index of green sustainability of railway logistics with the integration of circular economy principles was proposed. Practical significance. A phased strategy is recommended for Ukraine: completion of electrification of main corridors by 2027, achievement of 75% electrification by 2030, integration of 30% renewable energy sources by 2030, launch of hydrogen locomotives and full decarbonization by 2040. The possibility of using the developed models to justify investment decisions on the modernization of the railway network of Ukraine and to assess the environmental effect of the implementation of various technological solutions is proven.