Comparative assessment of life cycle GHG emissions of battery electric vehicles and internal combustion engine vehicles in different countries

The increasing contribution of the transport sector, particularly lightweight vehicles, to global greenhouse gas GHG emissions over the past decades is posing a major resistance toward the fulfillment of global net-zero emissions. One way forward for the decarbonization of the sector is the adoption of battery electric vehicles (BEVs) which often generates a debate in public opinion about their actual environmental impact. Therefore, this work aims to highlight under which conditions the transition to BEVs is desirable and when it is not. All the steps that make up the life cycle emissions from the production phase to the use phase and the end of life of electric vehicles have been analyzed by comparing these values with ICE-powered vehicles. The model was developed in Python and aims to calculate the production emissions of both powertrains considered (ICEV and BEV) and then integrated with the open-source python tool Vehicle Consumption Assessment Model (VCAM) developed by the SESAM group which thanks to that allows the calculation of CO2 emissions produced during the use phase of the vehicle. Thanks to the great customization that the model allows, it was possible to identify which are the individual parameters that most influence the value of life cycle emissions and then study the effect of their variation. From the results, it is clear the crucial role that the transition of the energy sector has, whose decarbonization is directly reflected in the reduction of the grid emission factor that influences not only the production emissions of both powertrains but also the emissions related to the generation of electricity used for charging BEVs. In the end, two scenarios were developed, in the first, the replacement of the current fleet of ICEVs with BEVs was simulated in a multi-country context, in the second it was shown how life cycle emissions can change substantially in the next future thanks to the expected technological development (especially in terms of the energy density of batteries and electricity mix) according to the forecasts of the International Energy Agency (IEA).

Il crescente contributo del settore dei trasporti, in particolare dei veicoli leggeri, alle emissioni globali di gas serra negli ultimi decenni sta ponendo una grande resistenza verso il raggiungimento delle emissioni nette globali zero. Un’alternativa per la decarbonizzazione del settore è rappresentata dall’utilizzo di veicoli elettrici a batteria (BEV) la cui adozione spesso generano un dibattito nell'opinione pubblica riguardo il loro effettivo impatto ambientale. Lo scopo di questo lavoro è, quindi, quello di evidenziare in quali condizioni il passaggio ai BEV sia auspicabile e quando no. Sono stati analizzati tutti gli step che compongono le emissioni del ciclo di vita, dalla fase di produzione alla fase di utilizzo e al fine vita dei veicoli elettrici, confrontando questi valori con i veicoli alimentati da motori a combustione interna. A tale scopo è stato sviluppato un modello in Python che mira a calcolare le emissioni di produzione di entrambi i powertrain considerati (ICEV e BEV) che successivamente è stato integrato con lo strumento Python open source Vehicle Consumption Assessment Model (VCAM), sviluppato dal gruppo SESAM, consentendo così il calcolo delle emissioni di CO2 prodotte durante la fase di utilizzo del veicolo. Grazie alla grande personalizzazione che il modello consente, è stato possibile individuare quali siano i singoli parametri che maggiormente influenzano il valore delle emissioni ciclo vita e quindi studiare l'effetto della loro variazione. Dai risultati, è chiaro il ruolo cruciale che ha la transizione del settore energetico, la cui decarbonizzazione si riflette direttamente nella riduzione del fattore di emissione della rete in quale influenza non solo le emissioni di produzione di entrambe le tipologie di veicolo, ma anche le emissioni legate alla generazione di energia elettrica utilizzata per la ricarica dei BEV. Alla fine, sono stati sviluppati due scenari, nel primo è stata simulata la sostituzione dell'attuale flotta di ICEV con equivalenti BEV in un contesto multi-paese, nel secondo è stato mostrato come le emissioni ciclo vita possano cambiare sostanzialmente nel prossimo futuro grazie allo sviluppo tecnologico (soprattutto in termini di densità energetica delle batterie e di mix elettrico) secondo le previsioni dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA).