Comparative analysis of different train propulsion systems performance in the railway Parma-Brescia, in Italy

Considering the current imperatives to mitigate greenhouse gas emissions, the fluctuating trends on oil prices, and transition towards clean and renewable technologies, the exploration of alternatives to diesel-electric trains on non-electrified lines has gained significant importance. This thesis focuses on estimating crucial parameters such as fuel and energy consumption rates per distance traveled, to facilitate a comparative analysis between diesel trains and potential substitutes, which, for this study were considered a hydrogen-electric train and a battery-powered train. The Parma-Brescia line, situated between the Lombardy and Emilia Romagna regions in Italy, serves as the selected study area. Within this topographic context, characterized by flat terrain featuring gentle slopes and wide curves, the proposed traction system alternatives were meticulously modeled and evaluated in terms of their environmental and economic implications. The findings revealed a substantial reduction in greenhouse gas emissions with the utilization of a hydrogen train, particularly when the hydrogen production relies on renewable energy sources. Conversely, if the hydrogen is derived from grid electricity, the environmental and economic benefits become negligible compared to the use of a diesel-electric train. Battery-powered trains also demonstrate feasible and competitive results compared to diesel-electric trains, but with certain limitations arising from the length of the railway and the charging time between trips.

Considerando gli imperativi attuali per mitigare le emissioni di gas serra, le tendenze oscillanti dei prezzi del petrolio e la transizione verso tecnologie pulite e rinnovabili, l'esplorazione di alternative ai treni diesel-elettrici su linee non elettrificate ha acquisito un'importanza significativa. Questa tesi si concentra sulla stima di parametri cruciali come i tassi di consumo di carburante ed energia per distanza percorsa, al fine di agevolare un'analisi comparativa tra i treni diesel e potenziali sostituti, che per questo studio sono stati considerati un treno idrogeno-elettrico e un treno a batterie. La linea Parma-Brescia, situata tra le regioni Lombardia ed Emilia-Romagna in Italia, è stata selezionata come area di studio. All'interno di questo contesto topografico, caratterizzato da terreno pianeggiante con lievi pendenze e curve ampie, le alternative proposte per il sistema di trazione sono state meticolosamente modellate e valutate per le loro implicazioni ambientali ed economiche. I risultati hanno rivelato una riduzione sostanziale delle emissioni di gas serra con l'utilizzo di un treno a idrogeno, specialmente quando la produzione di idrogeno si basa su fonti di energia rinnovabile. Al contrario, se l'idrogeno è derivato dall'elettricità di rete, i benefici ambientali ed economici diventano trascurabili rispetto all'uso di un treno diesel-elettrico. I treni a batteria mostrano anche risultati fattibili e competitivi rispetto ai treni diesel- elettrici, ma con determinate limitazioni derivanti dalla lunghezza della ferrovia e dal tempo di ricarica tra i viaggi.