Life cycle economic and environmental assesssment of "clean-fuel" buses renewal in local public transport with an application to the Italian case study

To achieve transport decarbonization, national and local government have allocated significant amount of public funds to the renewal of local public transit (LPT) fleets with the aim of replacing old (diesel) buses with cleaner ones powered by (liquid or compressed) natural gas, battery electric or hydrogen fuel-cell. Given the variety of technological solutions and powertrains available on the market, renewal policies need to be carefully assessed and duly planned to address a sustainable and effective net-zero transition. Starting from a preliminary state of the art of the different powertrains, energy carriers, vehicles and charging infrastructure, this thesis presents a multicriteria Life-Cycle Assessment (LCA) analysis of alternative scenarios for a “clean-fuel” transition of bus fleets. The methodology includes the assessment of the life-cycle costs and environmental impacts (i.e. local and GHG emissions i.e. CO2-eq), and consider feasible solutions to be achieved in the medium and long period, for buses operating in urban and the ex-urban contexts. The application is related to the Italian case study and in particular to the Italian Public National bus fleet: different scenarios have been assessed, taking into consideration which are the most promising technologies for the urban context (i.e. battery electric buses) and for the ex-urban one (i.e. fuel cell electric buses and liquefied bio-methane). Despite results are case specific, since the methodology consider both current depot location and current fueling/charging infrastructure, they show that under a life-cycle perspective, "gradual" (i.e. those taking into account also internal combustion engine bus investments) transition scenarios towards clean-fuel could yield economic efficiencies being, on the other hand, slightly more polluting than faster transition scenarios.

Per ottenere la decarbonizzazione dei trasporti, i governi nazionali e locali hanno stanziato una quantità significativa di fondi pubblici per il rinnovo delle flotte di trasporto pubblico locale (TPL), con l'obiettivo di sostituire i vecchi autobus (diesel) con altri più puliti alimentati a gas naturale (liquido o compresso), a batterie elettriche o a celle a combustibile a idrogeno. Considerando la varietà di soluzioni tecnologiche e di propulsione disponibili sul mercato, le politiche di rinnovo devono essere attentamente valutate e debitamente pianificate per affrontare una transizione a zero emissioni sostenibile ed efficace. Partendo da uno stato preliminare dell'arte dei diversi motopropulsori, vettori energetici, veicoli e infrastrutture di ricarica, questa tesi presenta un'analisi multi criteriale del ciclo di vita (LCA) di scenari alternativi per una transizione "clean-fuel" delle flotte di autobus. La metodologia include la valutazione dei costi del ciclo di vita e degli impatti ambientali (emissioni locali e di gas serra, ad esempio CO2-eq), e considera le soluzioni fattibili da raggiungere nel medio e lungo periodo, per autobus che operano in contesti urbani ed extra-urbani. L'applicazione è relativa al caso di studio italiano e in particolare per la flotta di autobus Pubblici Nazionali Italiani sono stati valutati diversi scenari, tenendo conto di quali siano le tecnologie più promettenti per il contesto urbano (ad esempio, autobus elettrici a batteria) ed ex-urbano (ad esempio, autobus elettrici a celle a combustibile e bio-metano liquefatto). Nonostante i risultati siano specifici per ogni caso, poiché la metodologia considera sia l'attuale ubicazione dei depositi sia l'attuale infrastruttura di rifornimento/ricarica, essi dimostrano che, in una prospettiva di ciclo di vita, gli scenari di transizione "graduale" (cioè quelli che tengono conto anche degli investimenti in autobus con motore a combustione interna) verso i carburanti puliti potrebbero produrre efficienze economiche, essendo, d'altra parte, leggermente più inquinanti degli scenari di transizione più rapidi.