貨物輸送の技術経済・環境評価：異なる技術・持続可能性の視点からの洞察

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides comprehensive techno-economic models and assessments for zero-emission freight technologies, useful for further research.

🏢実務担当者:Offers insights on cost competitiveness and infrastructure profitability, aiding fleet operators and charging point operators in investment decisions.

🏛政策担当者:Highlights the need for clear subsidy plans, hydrogen economy support, and targeted infrastructure subsidies, informing policy design.

気候変動と戦う世界的な取り組みにおいて、特に運輸部門は炭素排出目標の達成において重大な課題に直面している。欧州における炭素排出量の大部分（約61%）を乗用車が占める一方で、小型商用車と大型商用車は、全道路車両のそれぞれ約10%と2%を占めるに過ぎないにもかかわらず、運輸部門全体の排出量にそれぞれ約12%と27%と大きく寄与している。バッテリー電気自動車は、過去数年の販売台数が示すように、乗用車市場の脱炭素化における実行可能な解決策と思われる。対照的に、道路貨物輸送部門、特に大型車両の脱炭素化は、より野心的な取り組みであり続け、パワートレインの種類とその環境影響、インフラ整備、循環経済戦略などの分野におけるより広範な研究を必要とする。運輸部門における増大する炭素排出の問題に対処するため、欧州委員会は乗用車および貨物輸送部門における炭素排出削減を目的とした一連の規制を導入した。しかし、変革は車両の観点からのみならず、進行中の変革に関わるすべてのステークホルダーを含む、いくつかの隣接産業および分野においても起こらなければならない。したがって、インフラ、循環経済戦略、経済的厚生などの考慮事項を包含する学際的なアプローチが不可欠である。本博士論文は、ゼロエミッション貨物輸送の分野における技術の財務的実現可能性を調査する研究枠組みを提案する。特に、近年の脱炭素化における最も有望な候補である燃料電池電気自動車とバッテリー電気自動車、ならびにそれらのインフラ、構成部品、循環性の可能性、および社会的便益が探求される。全体として、本博士論文では4つの研究論文が提示される。研究論文1：大型用途向けバッテリー電気および燃料電池電気自動車の外部費用（RP1）が異なるパワートレインタイプの外部費用を扱う一方、研究論文2：改造された燃料電池電気大型トラックの経済的および環境的分析（RP2）は、大型車両の改造アプローチの経済的可能性を明らかにし、研究論文3：プロトン交換膜燃料電池リサイクルの技術経済分析（RP3）は、プロトン交換膜燃料電池リサイクルの経済的実現可能性を明らかにし、研究論文4：公共充電の技術経済的評価：ACおよびDCインフラの欧州比較（RP4）は、欧州における収益性の高い充電インフラ運用の現状を分析し、効率と収益性を向上させるための新しい系統システム概念の利用方法を示す。ゼロエミッション貨物輸送への移行は、内燃機関車両の現状と比較して温室効果ガス排出量と汚染を削減するため、社会的および環境的便益をもたらす。結果として、この移行は外部費用の削減をもたらすであろう。しかし、バッテリー電気および燃料電池電気自動車の外部費用が社会的費用をどの程度削減するかは依然として不確実である。RP1は、ディーゼル、バッテリー電気、および燃料電池電気大型車両の環境影響と外部費用を、19種類の異なる排出物について、いくつかの異なるエネルギー源シナリオとWell-to-Wheel経路を用いて調査する。この論文の調査結果は、バッテリー電気トラックが概して最も低い外部費用を示すことを示している。しかし、バッテリーの相当な重量のため、バッテリー電気トラックの有効積載量は最大積載量で運行する際に大幅に減少する。選択されたシナリオおよびエネルギー状況においては、燃料電池電気トラックの導入が、特に外部費用の軽減に関して、より費用対効果の高い解決策として浮上する可能性がある。効果的な政策立案の重要な構成要素は、排出物の包括的な考慮であり、これはゼロエミッション車両への的を絞った資金配分に不可欠である。バッテリー電気および燃料電池電気トラックの購入および運行の経済的実行可能性は、数多くの科学的研究および報告書の焦点となってきた。しかし、後者の推進方法は現在市場では入手できない。代替アプローチは、パワートレインの交換、すなわち「改造」と呼ばれるプロセスを伴う。RP2の場合、燃料電池パワートレインによる大型車両の改造の経済的、環境的、および複合的な影響が、車両構成部品へのボトムアップアプローチを用いて分析される。多期間改造分析が実施され、車両の寿命を通じた様々な時点での改造が組み込まれる。これらの時間枠は、総所有コスト、ライフサイクルアセスメント、炭素削減総コストなどの要因の包括的な評価によって決定される。この分析における重要な要素は、水素の製造および流通方法の経済的および環境的影響である。燃料電池電気トラックがディーゼル内燃機関車両と競争力を保つために、約5 €/$kg_{H2}$の価格が計算された。しかし、これはそのような車両の購入または改造に対する補助金が付与される場合にのみ有効である。この研究論文の主要な発見は、政策立案者は補助金の将来の継続と水素経済の育成に関する計画を明確に表明すべきであることを示唆している。これにより、車両運行会社は燃料電池電気自動車の購入に伴うコストとリスクを削減できるであろう。プロトン交換膜燃料電池は、バッテリーと同様に、燃料電池電気自動車の全体的なコストにおける重要な要素である。欧州連合の規制は、車両製造に使用される特定の材料のリサイクルまたは再利用を義務付けている。プロトン交換膜燃料電池の製造には、白金やアルミニウムなどの貴金属およびその他の貴重な材料の使用が必要である。RP3は、分解と4つの異なる冶金経路を組み込んだ、プロトン交換膜燃料電池のリサイクルのモデル化に技術経済的アプローチを採用する。事業のコストと収益性の評価は、総所有コストと正味現在価値法の適用を通じて実施される。4つのプロセス経路の1つとして、オゾンを浸出剤として利用し、より複雑な構成を組み込んだ革新的な湿式冶金経路が分析された。第一に、この経路は、より従来型の乾式冶金および湿式冶金の方法と比較して、優れたスケーラビリティを示すことが判明した。第二に、もう一つの重要な発見は、収益性の決定における白金担持量の中心的な役割を示している。将来の白金担持量の減少は、リサイクルプロセスの経済的実行可能性を危険にさらす可能性がある。第三に、欧州排出量取引制度の炭素価格に基づく、二次白金の取得に起因する節約されたScope 3排出量の金銭的統合は、規制枠組みによって促進されるべきである。バッテリー電気自動車およびトラックの広範な採用を促進するためには、それに応じて充電インフラを拡張する必要がある。しかし、欧州連合における公共充電インフラは現在、不十分な拡張を示している。充電インフラの経済的実行可能性は、電気自動車充電インフラの拡張の触媒として機能し得る。したがって、RP4の目的は、充電ポイント運営者の視点から公共充電インフラの技術経済的評価を実施することである。この研究を導く主要な問いは、充電ステーションにおけるエネルギー需要のどの損益分岐点で正の正味現在価値が発生するかを決定することである。正味現在価値は、損益分岐点を推定するために用いられる。評価には、5つの充電電力レベルと、マイクログリッドとして充電インフラにおける新興技術を表す交流および直流という2つの系統システムが含まれる。充電ステーションは、変動する数の充電スポットによって特徴付けられ、欧州の大多数の国について、実世界の日次充電データを用いて評価される。直流系統は、特に高い充電電力レベルと充電ステーションあたりのより多くの充電スポットにおいて、交流系統よりも低いエネルギー需要を示すことが実証されている。さらに、直流系統は、その優れた効率性により、変動する電気料金に対する強化された回復力を示す。この論文の調査結果は、政策立案者に対するいくつかの示唆を示唆している。これらには、特に、充電価格に関するデータ利用可能性の改善の必要性、イノベーションを増やしコストを削減するためのメーカーからの具体的な支援、および欧州各国ごとのはるかに的を絞った補助金アプローチが含まれる。本博士論文は、ゼロエミッション貨物輸送の分野で成功するビジネスモデルと市場を確立するためにまだ克服すべき課題と障害の明確な兆候を提供することにより、既存の文献に貢献し、政策立案者、ならびに業界の意思決定者および経営幹部に洞察を提供する。方法論的には、運輸部門の技術を総合的に評価するための新しいアプローチを提案する。これらには、運輸部門における排出コスト評価の異なる方法や、特定のユースケースへの循環経済戦略の適用が含まれる。最後に、政策立案者が既存の規制を改善し、新しい政策の基礎を築くための勧告とガイドラインが提供される。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

In the global effort to combat climate change, the transportation sector in particular is facing significant challenges in meeting its carbon emission targets. While passenger cars are responsible for the majority of carbon emissions in Europe (approximately 61%), light-duty vehicles and heavy-duty vehicles contribute significantly to the overall emissions in the transportation sector (approximately 12% and 27%, respectively), despite making up only approximately 10% and 2%, respectively, of all road vehicles. Battery-electric vehicles appear to be a viable solution for decarbonizing the passenger car market, as evidenced by sales numbers from previous years. In contrast, the decarbonization of the road freight transport sector, and heavy-duty vehicles in particular, remains a more ambitious undertaking and requires more extensive research in fields such as powertrain types and their environmental impact, infrastructure expansion, and circular economy strategies.To address the issue of increasing carbon emissions in the transportation sector, the European Commission has introduced a series of regulations aimed at reducing carbon emissions in the passenger car and freight transportation sectors. However, a transformation must occur not only from the vehicle perspective but also in several adjacent industries and fields, involving all stakeholders in the ongoing transformation. Consequently, a multidisciplinary approach is essential, encompassing considerations such as infrastructure, circular economy strategies, and economic welfare. This dissertation proposes a research framework that investigates the financial feasibility of technologies in the field of zero-emission freight transportation. In particular, the most promising contenders for decarbonization in recent years—fuel-cell electric vehicles and battery-electric vehicles, along with their infrastructure, components, circularity potential, and societal benefits—are explored. Overall, four research papers are presented in this dissertation. While Research Paper 1: External costs of battery-electric and fuel cell electric vehicles for heavy-duty applications (RP1) covers the external costs of different powertrain types, Research Paper 2: An economic and environmental analysis of retrofitted fuel cell electric heavy-duty trucks (RP2) clarifies the economic potential of heavy-duty vehicle retrofitting approaches, Research Paper 3: Techno-economic analysis of proton exchange membrane fuel cell recycling (RP3) reveals the economic feasibility of proton exchange membrane fuel cell recycling, and Research Paper 4: Techno-economic assessment of public charging: A European comparison of AC and DC infrastructure (RP4) analyzes the current status of a profitable charging infrastructure operation in Europe and points to ways of using new grid system concepts to improve efficiencies and profitability. The transition to zero-emission freight transportation offers societal and environmental benefits, as it reduces greenhouse gas emissions and pollution compared to the status quo of internal combustion engine vehicles. Consequently, this transition will result in a reduction of external costs. However, the extent to which the external costs of battery-electric and fuel cell electric vehicles will reduce societal costs remains uncertain. RP1 investigates the environmental impacts and external costs of diesel, battery-electric, and fuel cell electric heavy-duty vehicles with several different energy source scenarios and well-to-wheel pathways for 19 different types of emissions. The article's findings indicate that battery-electric trucks generally exhibit the lowest external costs. However, due to the substantial weight of the battery, the effective payload capacity of battery-electric trucks is significantly reduced when operating at maximum capacity. In select scenarios and energy contexts, the deployment of fuel cell electric trucks may emerge as a more cost-effective solution, particularly in terms of mitigating external costs. A critical component of effective policymaking is a comprehensive consideration of emissions, which is essential for allocating targeted funding to zero-emission vehicles.The economic viability of purchasing and operating battery-electric and fuel cell electric trucks has been the focus of numerous scientific studies and reports. However, the latter propulsion method is not currently available on the market. An alternative approach involves the replacement of the powertrain, a process referred to as “retrofitting”. In the case of RP2, the economic, environmental, and combined impacts of retrofitting heavy-duty vehicles with fuel cell powertrains are analyzed using a bottom-up approach to vehicle components. A multi-period retrofitting analysis is conducted, incorporating various time points throughout a vehicle's lifetime for retrofitting. These time frames are determined by a comprehensive evaluation of factors, including, but not limited to, total cost of ownership, life cycle assessment, and total cost of carbon abatement. A critical factor in this analysis is the economic and environmental impacts of hydrogen production and distribution methods. A price of approximately 5 €/$kg_{H2}$ was calculated to ensure the competitiveness of fuel cell electric trucks with diesel internal combustion engine vehicles. However, this is only valid if subsidies are granted for the purchase or retrofitting of such a vehicle. A primary finding of this research paper suggests that policymakers should clearly articulate their plans for the prospective continuation of grant subsidies and the fostering of a hydrogen economy. This would enable fleet operators to reduce the costs and risks associated with purchasing fuel cell electric vehicles. Proton exchange membrane fuel cells, like batteries, are a significant factor in the overall cost of fuel cell electric vehicles. Regulations from the European Union mandate the recycling or reuse of specific materials utilized in vehicle manufacturing. The manufacturing of proton exchange membrane fuel cells necessitates the use of precious metals and other valuable materials, including platinum and aluminum. RP3 employs a techno-economic approach to model the recycling of proton exchange membrane fuel cells, incorporating disassembly and four distinct metallurgical paths. The assessment of costs and profitability of the operation is conducted through the application of the total cost of ownership and net present value method. As one of the four process paths, an innovative hydrometallurgical path was analyzed that utilizes ozone as a leaching agent and incorporates a more complex setup. First, this path was found to scale superiorly in comparison to more conventional methods of pyro- and hydrometallurgy. Second, another significant finding demonstrates the central role of platinum loading in determining profitability. A decline in platinum loading in the future could potentially imperil the economic viability of the recycling process. Third, a monetary integration of saved Scope 3 emissions, based on carbon prices from the European Emission Trading System, attributable to obtaining secondary platinum, should be facilitated by regulatory frameworks. To facilitate the widespread adoption of battery-electric vehicles and trucks, it is necessary to expand the charging infrastructure accordingly. However, the public charging infrastructure in the European Union currently exhibits insufficient expansion. The economic viability of charging infrastructure could serve as a catalyst for the expansion of electric vehicle charging infrastructure. Consequently, the objective of RP4 is to conduct a techno-economic assessment of public charging infrastructure from the perspective of a charging point operator. The primary question guiding this study is that of determining at which break-even points of energy demand in a charging station a positive net present value occurs. The net present value is employed to estimate the break-even point. The assessment includes five charging power levels and two grid systems, namely alternating current and direct current, which represent an emerging technology in charging infrastructure as microgrids. The charging stations are characterized by a varying number of charging spots and are evaluated for the majority of European countries using real-world, daily charging data. Direct current grids have been shown to exhibit lower energy demands than alternating current grids, particularly for higher charging power levels and a greater number of charging spots per charging station. Additionally, direct current grids exhibit enhanced resilience to fluctuating electricity prices due to their superior efficiency. The article's findings suggest several implications for policymakers. These include, in particular, the necessity of improving data availability on charging prices, tangible support from manufacturers to increase innovation and reduce costs, and a more targeted approach to subsidies for each European country. This dissertation contributes to the existing body of literature and provides insights for policymakers, as well as decision-makers and executives in the industry, by offering clear indications of the challenges and obstacles that still need to be overcome to establish successful business models and markets in the field of zero-emission freight transportation. Methodologically, it proposes new approaches to assess technologies in the transportation sector holistically. These include different manners of emission cost valuation in the transportation sector and the application of circular economy strategies to specific use cases. Finally, recommendations and guidelines are provided for policymakers to improve existing regulations and lay the groundwork for new policies.

• openalex https://publications.rwth-aachen.de/record/1038318first seen 2026-08-02 17:10:11