Truck-based drone delivery system : a total cost of ownership and environmental life cycle assessment analysis

Innovative solutions for last-mile delivery have sparked great interest among consumers and logistics operators. The combination of the new technologies with the existing ones can lead to new possible last-mile delivery configurations. One of the most promising configurations is truck-drone joint delivery. This dissertation evaluates the environmental and economic sustainability of a last-mile delivery solution involving electric trucks equipped with drones in rural or suburban settings. The comparative life cycle assessment methodology is used to quantify the greenhouse gas emissions per parcel delivered, comparing the performance of the truck-drone joint delivery system with a system relying on internal combustion engine trucks and one using electric tucks without drones. The analysis considers every phase of the assets’ life cycle. Concerning the economic analysis, the total cost of ownership methodology is adopted. The cost per parcel delivered is computed for the innovative and traditional last-mile configurations. Results suggest that the truck-drone alternative leads to significant emissions reductions, while its cost performance is primarily affected by the automation level. If a human pilot is needed during drone delivery operations, the cost per parcel delivered with the truck-drone system is higher than traditional last-mile alternatives. Otherwise, important economic savings can be achieved if fully automated drones are used. An extensive sensitivity analysis is performed to test the results’ robustness and to identify the most impactful factors on the overall results’ variability.

Le soluzioni innovative per la consegna ultimo miglio stanno suscitando grande interesse tra i consumatori e gli operatori logistici. La combinazione di nuove tecnologie con quelle esistenti può portare a nuove possibili configurazioni logistiche, una delle più promettenti è la consegna congiunta camion-drone. Questa tesi fornisce una valutazione della sostenibilità ambientale ed economica di una soluzione di consegna ultimo miglio che coinvolge camion elettrici dotati di droni. Le operazioni di consegna avvengono in contesti rurali o suburbani. L’analisi del ciclo di vita comparativa è la metodologia utilizzata per quantificare le emissioni di CO2 equivalente per pacco consegnato. Le prestazioni del sistema di consegna congiunta camion-drone vengono confrontate con un sistema di consegna che si basa su camion con motore a combustione interna e uno che utilizza camion elettrici senza droni. L'analisi tiene in considerazione tutte le fasi di vita degli asset. Per quanto riguarda l'analisi economica, la metodologia adottata è quella del costo totale di proprietà. Il costo per pacco consegnato è stato calcolato sia per la configurazione innovativa che per quelle tradizionali. Dai risultati emerge che l'alternativa camion-drone porta a significative riduzioni delle emissioni, mentre la loro performance in termini di costi è ampiamente influenzata dal loro livello di automazione. Nel caso in cui un pilota umano sia necessario durante la maggior parte delle operazioni di consegna con i droni, il costo per pacco consegnato è superiore a quello delle alternative tradizionali di consegna ultimo miglio. In caso contrario, droni completamente automatizzati possono ottenere importanti risparmi economici. Un’analisi di sensitività è usata per testare la robustezza dei risultati e per identificare i fattori di maggiore impatto sulla variabilità complessiva dei risultati.