Зерновые культуры, как известно, основа продовольственной безопасности. Но путь зерна от поля до тарелки в большой стране не прост. Ежегодно миллиарды тонн зерновых культур пересекают территорию Соединённых Штатов, перемещаясь с ферм Среднего Запада в порты, на перерабатывающие заводы и на кухонные столы в каждом штате. На этом пути они используют сложную транспортную сеть, состоящую из автомобильных, железных дорог и водных путей.
Сегодня перед транспортировкой зерна стоит серьезные задачи: как сохранить низкие издержки, чтобы продукты оставались доступными по цене, как сократить выбросы углерода, чтобы они были экологичными, и как сделать систему доставки зерна достаточно устойчивой, чтобы она могла справляться с неожиданными потрясениями, такими как наводнения, засухи или обрушение моста.
Поиском ответов занимаются ученые из Университета штата Аризона. Руководит исследованием Дениз Берфин Каракоц, доцент кафедры промышленной инженерии в Школе вычислительной техники и дополненного интеллекта, входящей в инженерную школу имени Айры А. Фултона в Университете штата Аризона. Ее коллега - Меган Конар, исследователь из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне. В статье, опубликованной в журнале Environmental Science & Technology, ученые приводят некоторые важные наблюдения и выводы по поводу транспортировки зерна в США. В исследовании рассматривается, как текущие схемы транспортировки зерновых культур соотносятся с оптимизированными сценариями, в которых приоритет отдается трем различным целям: экономической эффективности, устойчивости и адаптивности.
Исследователи проанализировали данные о грузоперевозках в США по семи видам зерновых культур, разбив их на объемы, перевозимые грузовиками, поездами и баржами, а затем использовали многоцелевую модель оптимизации, чтобы увидеть, что произойдет, если попытаться достичь одной цели за раз.
Если вас волнует только стоимость, водные пути выигрывают. Они похожи на оптовые закупки на складе. Зерно можно недорого перевозить на баржах по реке Миссисипи, но этот маршрут доступен только определённым регионам. Железные дороги занимают второе место: эффективные, способные перевозить огромные объёмы грузов на большие расстояния, но всё ещё ограниченные расположением путей и пропускной способностью.
Если вас больше всего волнует устойчивое развитие, водные пути также показывают хорошие результаты, а за ними следуют железные дороги. Оба вида транспорта производят гораздо меньше выбросов углерода на тонно-милю, чем грузовые автомобили.
Но если вам нужна максимальная адаптивность, автомагистрали — лучший выбор. Грузовики могут проехать практически где угодно, объезжать закрытые мосты и доставлять грузы напрямую в большее количество пунктов назначения. Но они самые дорогие и являются крупнейшими источниками выбросов углерода.
Исследование показало, что реальные перевозки зерна в США представляют собой смесь способов транспортировки, склоняясь к адаптивности, чтобы обеспечить бесперебойную поставку даже при перекрытии одного из маршрутов.
Текущее исследование — не просто краткое описание того, как сегодня перевозится зерно. Это план того, как сделать эту перевозку более эффективной, разумной и устойчивой. Выявив, какие маршруты и виды транспорта используются чаще всего, а какие можно использовать шире, выводы ученых могут помочь в разработке инвестиций в инфраструктуру и национальных программ, которые позволят снизить затраты, сократить выбросы и обеспечить бесперебойность поставок зерна даже в случае стихийных бедствий.
Хотя текущее исследование сосредоточено на общих общенациональных схемах грузоперевозок, будущие исследования будут включать более подробные данные в режиме реального времени, чтобы отслеживать реакцию транспортных систем в текущий момент. На следующем этапе работы запланированы глубокие исследования с моделированием таких сценариев, как экстремальные погодные явления, пики сбора урожая или внезапные сбои инфраструктуры, для проверки стратегий изменения маршрутов.
Затем команда надеется распространить свои модели на другие основные продукты, подверженные рискам продовольственной безопасности. Цель — создать цепочку поставок, способную выдержать любые испытания в будущем. Для Каракоц этот баланс — не просто задача промышленного машиностроения; это социальная миссия. Учитывая, что, согласно последним опросам, 28 миллионов американцев сообщают о нехватке продовольствия, она считает устойчивость транспортной системы краеугольным камнем продовольственной безопасности. «Еда крайне важна, и мы должны иметь возможность отслеживать ее путь от фермы до стола», заключает исследователь.
Источник: Arizona State University. Автор: Келли деВос.
На фото - Дениз Берфин Каракоц, доцент кафедры промышленной инженерии Школы вычислительной техники и дополненного интеллекта Университета штата Аризона. Автор фото: Эрика Гронек/ASU.
