Decarbonisation Potential Evaluation of Different Powertrain Technologies for Buses and Passenger Cars Using Real Drive Cycles

Abstract

[ES] La industria del automóvil está regulada por diferentes normativas en todo el mundo por sus emisiones de GEI que salen de los tubos de escape de los vehículos. Recientemente, teniendo en cuenta el objetivo a largo plazo de 2050 de alcanzar la neutralidad del carbono, se está poniendo un gran énfasis en el cambio a los vehículos eléctricos. En Europa, concretamente, el Green Deal propuesto por la Comisión Europea ha prohibido la venta de turismos con motor de combustión interna a partir de 2035. Asimismo, en Estados Unidos se ha fijado el objetivo de vender el 50% de los vehículos eléctricos en 2030. Estas políticas se aplican denominando a los VE como vehículos de cero emisiones (ZEV), basándose únicamente en sus emisiones de tanque a rueda. Sin embargo, si se tienen en cuenta las emisiones de todo el ciclo de vida, los VE tienen una cuota de emisiones considerable, y mucho mayor cuando se evalúan en ciclos de conducción real. La fuente de producción de electricidad es muy importante, ya que determina las emisiones del pozo al depósito, que pueden ser incluso superiores a las del combustible convencional. Por lo tanto, este estudio se lleva a cabo para estimar el potencial de reducción de las emisiones de CO2 de diferentes tecnologías de tren motriz para autobuses y turismos en ciclos de conducción real y considerando el ciclo de vida global. El software GT suite se utiliza para la evaluación del consumo de combustible en ciclos de conducción real utilizando información de velocidad del vehículo basada en GPS. Mientras que para la evaluación del ciclo de vida se utiliza la huella de emisiones del software de ACV GREET. Dado que la prohibición de la venta de vehículos con motor de combustión interna se aplica al sector de los turismos, se evalúan tres configuraciones de la cadena cinemática: Diesel convencional, híbrido y SUV eléctrico, así como el uso de combustible electrónico (como OMEx) en las cadenas cinemáticas ICE convencionales e híbridas. A continuación, se evalúa su potencial de reducción de emisiones en los Estados Unidos y en la UE, según los objetivos establecidos en ambas regiones. Además, el parque automovilístico actual se utiliza tanto en Estados Unidos como en la UE para comparar el potencial de reducción de emisiones teniendo en cuenta el cambio en el parque por la integración de los vehículos eléctricos según las políticas de objetivos establecidos para la venta de turismos nuevos. El nivel de reducción de las emisiones de CO2 se compara para el cambio en la flota por la adopción de los vehículos eléctricos, así como utilizando la misma tasa de adopción para los vehículos de motor de combustión electrónica, en ambas regiones. Los resultados muestran un mayor ahorro de los carburantes electrónicos en los Estados Unidos, mientras que el ahorro de los vehículos eléctricos es mayor en la UE, si se tienen en cuenta las emisiones del pozo a la rueda. Teniendo en cuenta las emisiones del ACV, el ahorro con los carburantes eléctricos es mayor en Estados Unidos y en la UE el ahorro de emisiones de los carburantes eléctricos y de los vehículos eléctricos es casi similar. Esto se debe principalmente a que la intensidad de las emisiones de carbono de la generación de electricidad en US es mayor que en la UE. Además, como la descarbonización del transporte pesado (camiones y autobuses) es un problema mayor, la evaluación se amplía a los autobuses para evaluar las diferentes configuraciones de la cadena cinemática y su potencial de reducción de las emisiones de CO2. En primer lugar, se evalúa la cadena cinemática de los autobuses Diesel convencionales, híbridos paralelos y totalmente eléctricos para evaluar las emisiones del ciclo de vida. 10 de las líneas de autobús más utilizadas en Sevilla, Madrid, Barcelona y Valencia se utilizan como ciclos de conducción para esta evaluación, lo que resulta en la evaluación del ciclo de vida en 40 ci

[EN] The automotive industry is regulated by different regulations across the world for its GHG emissions coming out from the tailpipes of the vehicles. Recently, keeping in mind the 2050 long term goal to reach carbon neutrality, a huge emphasis is being given towards the shift to electric vehicles. In Europe specifically, the Green Deal proposed by the EU commission has put a ban on Internal Combustion Engine passenger cars¿ sale from 2035. Also, in the United States of America a target of 50% Electric Vehicle sales is set for 2030. These policies are implemented by referring EVs as Zero Emission Vehicles (ZEVs), based on its Tank-to-Wheel emissions only. However, if the entire life cycle emissions are considered, the EVs have a considerable share of emissions, and much higher when evaluated on Real Drive cycles. The source of electricity production is very important as it determines the Well-to-Tank emissions, which can be even higher than that of the conventional fuel. Hence, this study is carried out to estimate the CO2 emission reduction potential of different powertrain technologies for buses and passenger cars on real drive cycles and considering the overall life cycle. The GT suite software is used for the assessment of the fuel consumption on Real Drive cycles using GPS based vehicle speed information. While for the life cycle evaluation emission footprint from the LCA software GREET is used for the evaluation. As the ICE ban on new sales is done for the passenger car sector, evaluation is done of three powertrain configurations: Conventional Diesel, Hybrid and Electric SUV as well as using e-fuel (such as OMEx) in the Conventional and Hybrid ICE powertrains. Which is then evaluated for its emission reduction potential in the US as well as EU, according to the set targets in both regions. Further, the current automotive fleet is used for both the US and EU to compare the emission reduction potential considering the change in the fleet by the integration of electric vehicles according to the set target policies for the sale of new passenger cars. The CO2 emission reduction level is compared for the change in fleet by the adoption of EVs as well as using the same adoption rate for E-fuel powered ICE vehicles, in both the regions. Results shows higher savings from E-fuels in the US while higher savings from EVs in EU, when considering the Well-to-Wheel emissions. Considering the LCA emissions, using E-fuels the saving in US are higher and in EU the savings in emissions from E-fuels and EVs almost become similar. This is mainly because the carbon emission intensity of the electricity generation in the US is higher than that in EU. Moreover, as the decarbonisation of heavy-duty transportation (Trucks and Buses) is a bigger problem, the evaluation is further extended to Buses for the assessment of different powertrain configurations and its CO2 emission reduction potential. Firstly, the evaluation of Conventional Diesel, parallel hybrid and full electric bus powertrain is done for its life cycle emission evaluation. 10 of the most used bus lines in Seville, Madrid, Barcelona and Valencia are used as drive cycles for this evaluation, resulting in the life cycle assessment on 40 different drive cycles. As, the EU may soon enforce emission reduction target in the heavy-duty sector for the future years, a case study is performed for the bus fleet of Valencia to suggest the use of different powertrain technologies to meet the future targets. The evaluation also includes the use of E-fuels in ICE buses (conventional and hybrid). The optimisation of the bus fleet as well as the sizing of the E-motor and Battery is done to have the least emission value from the hybrid buses. It is found that using E-fuels instead of EVs is cheaper and more efficient way to meet the emission targets and for transport decarbonisation. Thus, it can be noted that for transport decarbonisation, the current way forward should be by using hybrid powertrai