Development of a new integrated assessment methodology to design and select the best emission reduction strategies for urban passenger transport

Abstract

In cities in emerging countries, the demand for passenger transport has proliferated, creating socially and environmentally unsustainable transport systems. Finding the best transport options for these communities poses substantial challenges to transport policymakers. Therefore, the main objective of this thesis was to develop a new Integrated Assessment Methodology (IAM) to design and select the best emission reduction strategies for urban passenger transportation. This MEI considers direct emissions inventory, indirect emissions inventory, total ownership cost, and emission reduction strategies. First, the estimation of the inventory of direct emissions of air pollutants (PM2.5, NOx, SO2, CO) and greenhouse gases (CO2-Eq), including emissions from the exhaust and Wear and Resuspension (W&R). The latter is not usually included in existing MEIs. In this work, the COPERT model was adapted to local conditions to estimate direct emissions from combustion and the EMEP and EPA methodologies to estimate W&R emissions. Second, the indirect emissions inventory is estimated from the Well-to-Wheel (WTW) life cycle assessment approach. This study highlights the importance of including emission sources other than vehicle combustion in emission inventories. Third, the Total Ownership Cost (TOC) is calculated from the capital, operating, maintenance and technology replacement costs over the vehicle's lifetime. Traditional MEI focuses only on the cost of introducing new vehicles with updated technologies, not the TOC. This research shows that using electric vehicles is the most economical technical strategy to minimize emissions. Fourth, the analysis of reduction strategies evaluates the change generated by scenarios designed for technology substitution and mode shift. Replacement of the current fleet with modern combustion technologies results in relatively small reductions in total emissions, while replacement with electric vehicles powered by electricity from renewable energy is the most efficient scenario. In addition, to incorporate the system context and the variables that determine the adoption of various modes of urban passenger transport, the advantages and disadvantages of these modes were analyzed using a set of criteria related to the environment, risk, and social welfare (i.e., CO2-Eq and PM2.5 emissions, energy consumption, traffic mortality and injuries, vehicle congestion, travel time and discomfort). For the case of Bogotá, trends in mode share were compared according to the socioeconomic stratification of households. The results indicate that the disadvantages of passenger cars and taxis are high environmental impacts and vehicular congestion; high levels of discomfort and travel times characterize buses, and high risk characterizes motorcycles. Finally, the main contribution of this research is the development of a more effective MEI for policymakers to address solutions around the different modes of transport in environmental and economic terms. It is expected to be improved and applied in other cities in Latin America and worldwide. (Texto tomado de la fuente)

En las ciudades de los países emergentes, la demanda de transporte de pasajeros ha proliferado, creando sistemas de transporte social y ambientalmente insostenibles. Encontrar las mejores opciones de transporte para estas comunidades plantea problemas sustanciales a los responsables de las políticas del transporte. Por ello, el objetivo principal de esta tesis fue desarrollar una nueva metodología de evaluación integrada (MEI) para diseñar y seleccionar las mejores estrategias de reducción de emisiones para el transporte urbano de pasajeros. Esta MEI considera el inventario de emisiones directas, el inventario de emisiones indirectas, el costo total de la propiedad y las estrategias para la reducción de emisiones. En primer lugar, la estimación del inventario de emisiones directas de contaminantes del aire (PM2.5, NOx, SO2, CO) y gases efecto invernadero (CO2-Eq), contempla las emisiones del exosto, y de la abrasión y resuspensión o Wear and Resuspension (W&R). Esta última no suele incluirse en las MEI existentes. En este trabajo se adaptó el modelo COPERT a las condiciones locales para estimar las emisiones directas de la combustión y las metodologías EMEP y EPA para estimar las emisiones de W&R. En segundo lugar, el inventario de emisiones indirectas se estima a partir del enfoque de evaluación del ciclo de vida del pozo a la rueda o análisis Well-to-Wheel (WTW). Este estudio pone de manifiesto la importancia de incluir en los inventarios de emisiones otras fuentes de emisión distintas de la combustión de los vehículos. En tercer lugar, el costo total de la propiedad o Total Ownership Cost (TOC) es calculado a partir de los costes de capital, funcionamiento, mantenimiento y sustitución de la tecnología durante la vida útil del vehículo. La MEI tradicional se centra solo en el coste de introducir nuevos vehículos con tecnologías actualizadas, más no el TOC. Esta investigación muestra que el uso de vehículos eléctricos es la estrategia técnica más económica para minimizar las emisiones. En cuarto lugar, el análisis de estrategias de reducción evalúa el cambio generado por los escenarios diseñados para la sustitución tecnológica y el cambio en los modos de transporte. La sustitución de la flota actual por tecnologías de combustión modernas da lugar a reducciones relativamente pequeñas de las emisiones totales, mientras que la sustitución por vehículos eléctricos alimentados con electricidad procedente de energías renovables es el escenario más eficiente. Además, para incorporar el contexto del sistema y las variables que determinan la adopción de diversos modos de transporte urbano de pasajeros, se analizaron las ventajas, y desventajas de estos utilizando un conjunto de criterios relacionados con el ambiente, el riesgo y el bienestar social (i. e. emisiones de CO2-Eq y PM2.5, consumo de energía, mortalidad y lesiones causadas por el tráfico, congestión vehicular, tiempo de viaje e incomodidad). Para el caso de Bogotá, se compararon las tendencias en la participación de los modos de viaje según la estratificación socioeconómica de los hogares. Los resultados indican que las desventajas de los automóviles de pasajeros y los taxis son los altos impactos ambientales y la congestión vehicular; los altos niveles de incomodidad y los tiempos de viaje caracterizan a los buses, y el alto riesgo caracteriza a las motocicletas. Finalmente, la principal contribución de esta investigación es el desarrollo de una MEI más eficaz para que los responsables políticos aborden soluciones en torno a los diferentes modos de transporte en términos medioambientales y económicos. Se espera que esta sea mejorada y aplicada en otras ciudades de Latinoamérica y el mundo.