Emissionsorientiertes Management landgebundener Güterverkehre

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Bierwirth; Professor Dr. Frank Meisel
• Fachliche Zuordnung: Accounting und Finance
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268276815

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Nach gegenwärtigem Wissenstand ist eine vollständige Dekarbonisierung des landgebundenen Güterverkehrs nur durch vollständige Umstellung auf elektrische bzw. wasserstoffbasierte Antriebtechnologien bei gleichzeitiger vollständiger Umstellung auf eine regenerative Stromerzeugung möglich. Diese Transformation wird sich noch über Jahrzehnte erstrecken, weshalb Maßnahmen zur Emissionsminderung im Verkehr, zumindest auf mittlere Sicht, einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Im Spektrum potenzieller Maßnahmen sticht das emissionsorientierte Transportmanagement hervor, da es zunächst keine technisch-infrastrukturellen Änderungen im Verkehrsträgersystem voraussetzt. Im vorliegenden Forschungsprojekt wurden entsprechend neue Modelle einer emissionsorientierten Transportplanung für regionale Sammel- und Verteilverkehre, für containerisierte multimodale Langstreckentransporte und für die Zugbildung in Rangierbahnhöfen erarbeitet. Zur Lösung dieser Modelle wurden fortgeschrittene Methoden des Operations Research eingesetzt und weiterentwickelt, darunter ein Branch-and-Price Algorithmus, die Value Function Approximation und verschiedene heuristische Entscheidungsverfahren. In umfangreichen Rechenstudien wurde damit das Emissionsminderungspotenzial der neuen Planungsmodelle untersucht. Über den Daumen gepeilt liegt es in den genannten Bereichen maximal im unteren zweistelligen Prozentbereich. Dies war zu erwarten, d.h., ist keineswegs enttäuschend, zeigt es doch, dass allein mathematische Optimierung ohne weitere technische Eingriffe, zwar nur kleine, aber dafür unmittelbar wirksame Beiträge zum Klimaschutz leisten kann. Bedeutender als die quantitativen Ergebnisse der Laborexperimente erscheint uns eine qualitative Erkenntnis aus dem Projekt: In der Transportplanung werden sich neue Zielsetzungen und Planungsverfahren kurzfristig nur aufgrund veränderter Kundenbedürfnisse durchsetzen. Wächst auf Seiten der Verlader die Nachfrage nach klimaschonenden Transportleistungen, so wächst der Druck auf die Transportdienstleister, diese auch anzubieten. Solange Gütertransporte nicht vollständig klimaneutral gestellt werden können, wird daher die Allokation der verfügbaren Transportkapazitäten zunehmend unter Beachtung von Kundenpräferenzen (im Spektrum von preissensibel bis möglichst klimaneutral) erfolgen. Mit der Entwicklung des ersten Ökoeffizienzklassenmodells für die Transportwirtschaft haben wir ein Instrument geschaffen, das es Anbietern und Nachfragern von Transportleistungen erlaubt, die bestehenden Spielräume zur CO2 Minderung in konkreten Entscheidungssituationen einfach und transparent aufzuzeigen bzw. zukünftig sogar abzugleichen. Es ist zu hoffen, wenn nicht sogar zu erwarten, dass dieser Ansatz in weiteren Forschungen aufgegriffen werden wird.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• The impact of path selection on GHG emissions in city logistics. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 106, 320-336.
  Behnke, Martin & Kirschstein, Thomas
  
• The selective Traveling Salesman Problem with emission allocation rules. OR Spectrum, 40(1), 97-124.
  Kirschstein, Thomas & Bierwirth, Christian
  
• Emission rates of intermodal rail/road and road-only transportation in Europe: A comprehensive simulation study. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 65, 421-437.
  Heinold, Arne & Meisel, Frank
  
• Comparing emission estimation models for rail freight transportation. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 86, 102468.
  Heinold, Arne
  
• Emission limits and emission allocation schemes in intermodal freight transportation. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 141, 101963.
  Heinold, Arne & Meisel, Frank
  
• A column generation approach for an emission-oriented vehicle routing problem on a multigraph. European Journal of Operational Research, 288(3), 794-809.
  Behnke, Martin; Kirschstein, Thomas & Bierwirth, Christian
  
• Collaborative planning for intermodal transport with eco-label preferences. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 112, 103470.
  Zhang, Yimeng; Heinold, Arne; Meisel, Frank; Negenborn, Rudy R. & Atasoy, Bilge
  
• Eco‐labeling of freight transport services: Design, evaluation, and research directions. Journal of Industrial Ecology, 26(3), 801-814.
  Kirschstein, Thomas; Heinold, Arne; Behnke, Martin; Meisel, Frank & Bierwirth, Christian
  
• Primal-Dual Value Function Approximation for Stochastic Dynamic Intermodal Transportation with Eco-Labels. Transportation Science.
  Heinold, Arne; Meisel, Frank & Ulmer, Marlin W.
  
• A rolling horizon approach for shunting operations – An emission oriented simulation study. Cleaner Logistics and Supply Chain, 6, 100093.
  Zien, Max & Kirschstein, Thomas