Environmental impact analysis related to the local public transport decarbonization

The issue of climate change is increasingly taking center stage in the public debate and political agendas of various countries. This is demonstrated by the actions taken by the European Commission to reduce greenhouse gas emissions by 55% by 2030 compared to 1990 levels and to achieve carbon neutrality by 2050. Therefore, the issue of decarbonizing road transport, which accounts for 73% of total emissions from the transport sector, and in particular, of the local public transport is essential to achieving these goals. The purpose of this thesis is precisely to determine which among 5 different types of buses (diesel bus, diesel hybrid bus, compressed natural gas bus, battery electric bus, fuel cell electric bus) has the least environmental impact in terms of GHG emissions. To do this, after an extensive literature review, an LCA analysis was constructed that takes into account all the main phases of a bus's life cycle: material extraction and production, material transportation, battery manufacturing, battery transportation, fuel cell and hydrogen tank manufacturing, fuel cell and hydrogen tank transportation, bus manufacturing and assembly, bus transportation, use phase (WTT and TTW) and end of life. The case study to which the LCA analysis was applied takes into account conventional supply chains while the use and end-of-life phases take place in Italy. The LCA analysis showed that, for this case study, the best solution in terms of reducing GHG emissions is the battery electric bus. Then, a sensitivity analysis has been used to test the effect of the variations of the most influential parameters of the model: the hydrogen production processes, the grid carbon intensity (GCI) of the country where the material extraction and production phase takes place, the use of biofuels such as biodiesel and biomethane. The sensitivity analysis showed that, in the case of using green hydrogen, this becomes the best solution for the decarbonization of local public transport. Moreover, the GCI of the country where the material extraction and production phase takes place has a very low life-cycle impact. Finally, biodiesel and biomethane only become competitive in terms of emissions with the introduction of compensation logic for the emissions produced during combustion.

Il tema del cambiamento climatico è sempre più al centro del dibattito pubblico e delle agende politiche di diversi Paesi. Lo dimostrano le azioni intraprese dalla Commissione europea per ridurre le emissioni di gas serra del 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990 e per raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050. Pertanto, la questione della decarbonizzazione del trasporto su strada, che rappresenta il 73% delle emissioni totali del settore dei trasporti, e in particolare del trasporto pubblico locale è essenziale per raggiungere questi obiettivi. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di determinare quale tra 5 diversi tipi di autobus (autobus diesel, autobus ibrido diesel, autobus a gas naturale compresso, autobus elettrico a batteria, autobus elettrico a cella a combustibile) abbia il minor impatto ambientale in termini di emissioni di gas serra. A tal fine, dopo un'ampia revisione della letteratura, è stata costruita un'analisi LCA che tiene conto di tutte le principali fasi del ciclo di vita di un autobus: estrazione e produzione dei materiali, trasporto dei materiali, produzione delle batterie, trasporto delle batterie, produzione della cella a combustibile e del serbatoio di idrogeno, trasporto della cella a combustibile e del serbatoio di idrogeno, produzione e assemblaggio dell'autobus, trasporto dell'autobus, fase di utilizzo (ciclo vita del combustile più combustione). Il caso studio a cui è stata applicata l'analisi LCA prende in considerazione le catene di approvvigionamento convenzionali, mentre le fasi di utilizzo e di fine vita si svolgono in Italia. L'analisi LCA ha dimostrato che, per questo caso studio, la soluzione migliore in termini di riduzione delle emissioni di gas serra è l'autobus elettrico a batteria. In seguito, un'analisi di sensitività è stata utile per testare l'effetto delle variazioni dei parametri più influenti del modello: i processi di produzione dell'idrogeno, la "grid carbon intensity" (GCI) del Paese in cui avviene la fase di estrazione e produzione, l'uso di biocarburanti come biodiesel e biometano. L'analisi di sensitività ha mostrato che, nel caso di utilizzo di idrogeno verde, questo diventa la soluzione migliore per la decarbonizzazione del trasporto pubblico locale. Inoltre, il GCI del Paese in cui avviene la fase di estrazione e produzione del materiale ha un impatto sul ciclo vita molto basso. Infine, biodiesel e biometano diventano competitivi in termini di emissioni solo con l'introduzione di logiche di compensazione delle emissioni prodotte durante la combustione.