Scenario analysis of alternative mobility : a system dynamics approach applied to German and Italian case studies

The decarbonization of transport sector is one of the main objectives to be achieved in the context of the energy transition towards more sustainable future. At European level, the leading nations are moving in this direction, promoting the adoption of alternative powertrains through targeted policies and interventions. In this research, a System Dynamics model is used to simulate the consumer discrete choice process in buying a light-duty vehicle among six different alternatives. This process is formalized through the Multinomial Logit, which is integrated with the Bass diffusion model and the theoretical concept of Willingness to Consider, using Stella Architecture Software for the modeling phase. The model was evaluated on two different case studies: the Italian and German car markets. An objective of this research is to test the replicability of the model, increasing its robustness with respect to different contexts; a further objective is to evaluate the impact of the introduction of hydrogen mobility through fuel cell electric vehicles, currently already present in the German market, albeit in a diffusion phase which is still in its early stages. After an initial evaluation of the intrinsic model quality, both at a structural and behavioural level, and of the sensitivity analyses on the main parameters, three different scenarios (Reference Scenario, Green Mobility Scenario and Diesel Ban Scenario) are proposed based on a series of different assumptions, relating to the economic support, the technological development, and the boost on EV infrastructure. The results obtained in the two case studies offer several insights: the impact of an intervention is different when assessed individually or in combination due to the complex and non-linear nature of the entire system; policy or incentive interventions should be adapted to the specific national context, considering the peculiarities of each market; economic support interventions have proved to be the most decisive in stimulating the adoption of both battery and fuel cell electric vehicles; in fact, hydrogen vehicles require a significant reduction in the initial cost to become a viable option for mass diffusion, and therefore to be able to represent a complementary solution to battery electric vehicles to achieve the transition towards zero-emission mobility.

La decarbonizzazione del settore dei trasporti è uno degli obiettivi fondamentali da raggiungere nell’ambito della transizione energetica verso un futuro più sostenibile. A livello europeo, le principali nazioni si stanno muovendo in questa direzione, promuovendo l’adozione di veicoli a mobilità alternativa attraverso policy e interventi mirati. In questa ricerca si utilizza un modello di dinamica dei sistemi che simula la scelta discreta del processo di acquisto di un nuovo veicolo fra sei diverse alternative. Questa scelta è formalizzata attraverso la Multinomial Logit, che viene integrata al modello di diffusione di Bass e al concetto teorico della Willingness to Consider, utilizzando Stella Architecture Software per la fase di modellazione. Il modello è stato valutato su due diversi casi studio: il mercato automobilistico italiano e quello tedesco. Un obiettivo di questa ricerca è quello di testare la replicabilità del modello, aumentandone la robustezza rispetto a contesti differenti; un ulteriore obiettivo è valutare l’impatto dell’introduzione della mobilità a idrogeno tramite i veicoli elettrici a celle a combustibile, attualmente già presenti nel mercato tedesco, anche se in una fase di diffusione ancora nei suoi primi stadi. Dopo una fase iniziale dedicata all’analisi della qualità intrinseca del modello, a livello sia strutturale sia di comportamento, e alle analisi di sensitività sui principali parametri, sono stati proposti tre diversi scenari (Reference Scenario, Green Mobility Scenario e Diesel Ban Scenario) basati su una serie di assunzioni, riguardanti il supporto economico, lo sviluppo tecnologico e la promozione dell’infrastruttura di ricarica. I risultati ottenuti nei due casi studio offrono diverse riflessioni: l’impatto di un intervento è diverso se valutato singolarmente o in combinazione a causa della natura complessa e non lineare dell’intero sistema; gli interventi di policy o di incentivo andrebbero adattati allo specifico contesto nazionale, considerando le peculiarità di ciascun mercato; gli interventi di supporto economico si sono rivelati essere i più determinanti per stimolare l’adozione di veicoli elettrici sia a batteria sia a celle a combustibile; infatti, i veicoli a idrogeno necessitano di una forte riduzione del costo iniziale per diventare un’opzione percorribile per la diffusione di massa, e poter quindi affiancare i veicoli a batteria come soluzione complementare per una mobilità a zero emissioni.