The role of hydrogen fuel cell trucks in long-haul freight decarbonisation: evidence from literature and a company-level TCO optimization model

The reduction of carbon emissions in the long-haul freight transport sector is a pivotal challenge in the context of low-emission mobility. A review of the technologies examined reveals that hydrogen fuel cell vehicles are considered a promising solution for heavy-duty transport, particularly in situations where battery-electric vehicles face operational limitations. This study combines a structured literature review with the development of an optimisation model based on company-level total cost of ownership (TCO) to assess the economic and operational sustainability of different propulsion technologies. It has been asserted in the academic literature that the primary determinants of technology adoption are cost competitiveness, infrastructure availability, operational productivity and the potential for emissions reduction. Based on the findings, a linear optimisation model was developed with the objective of minimising annual TCO while ensuring satisfaction of a predefined transport demand and, where applicable, compliance with an environmental constraint on CO2 equivalent (CO2e) emissions. The latter were calculated using a well-to-wheel approach. Operational disparities among technologies are accommodated through the implementation of an effective capacity parameter. The model, which was implemented in Excel using linear programming, is highly scalable and can be adapted to specific company data. The application to three representative cases – the baseline scenario, the emissions-cap scenario, and the hydrogen price competitiveness analysis – demonstrates that, under current conditions, diesel vehicles remain the economically dominant solution. In the context of emissions constraints, battery-electric vehicles emerge as the most advantageous zero-emission option, while fuel cell vehicles are only competitive below a specific hydrogen cost threshold, as determined analytically and confirmed through optimization. The model functions as a transparent instrument to facilitate fleet configuration decisions in the context of a growing focus on decarbonisation.

La riduzione delle emissioni di carbonio nel settore del trasporto merci su lunga distanza rappresenta una delle principali sfide per una mobilità a basse emissioni. Tra le tecnologie esaminate, i veicoli a celle a combustibile di idrogeno sono considerati una soluzione promettente per il trasporto pesante, soprattutto nei contesti in cui i veicoli elettrici a batteria presentano limitazioni operative. Il lavoro integra una revisione strutturata della letteratura con lo sviluppo di un modello di ottimizzazione basato sul Total Cost of Ownership (TCO) a livello aziendale, finalizzato alla valutazione della sostenibilità economica e operativa delle diverse tecnologie di propulsione. La letteratura accademica evidenzia come la competitività dei costi, la disponibilità delle infrastrutture, la produttività operativa e il potenziale di riduzione delle emissioni costituiscano i principali fattori determinanti per l'adozione tecnologica. Su queste basi è stato sviluppato un modello lineare di ottimizzazione che minimizza il TCO annuo, garantendo il soddisfacimento di una domanda di trasporto prefissata e, ove previsto, il rispetto di un vincolo ambientale sulle emissioni di CO2 equivalenti (CO2e) calcolate secondo un approccio well-to-wheel. Le differenze operative tra le tecnologie sono incorporate tramite un parametro di capacità effettiva. Il modello, implementato in Excel mediante programmazione lineare, è caratterizzato da una notevole scalabilità e adattabilità a dati aziendali specifici. L'applicazione a tre casi rappresentativi - scenario base, scenario con limite alle emissioni e analisi di competitività economica dell'idrogeno - mostra che, alle condizioni attuali, i veicoli diesel rimangono la soluzione economicamente prevalente. In presenza di vincoli emissivi, i veicoli elettrici a batteria si configurano come l'opzione a zero emissioni più vantaggiosa, mentre i veicoli a celle a combustibile risultano competitivi solo al di sotto di una soglia specifica del costo dell'idrogeno, determinata analiticamente e confermata tramite ottimizzazione. Il modello si configura come uno strumento trasparente a supporto delle decisioni di configurazione della flotta, in un contesto di crescente attenzione verso la decarbonizzazione.