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http://hdl.handle.net/10773/45006
Title: | Integrated impact assessment of shared, automated and electric mobility |
Other Titles: | Análise integrada dos impactes ambientais da mobilidade partilhada, automática e elétrica |
Author: | Vilaça, Mariana Isabel Carvalho |
Advisor: | Coelho, Margarida Isabel Cabrita Marques Correia, Gonçalo Homem de Almeida |
Keywords: | Shared mobility Automated and electric vehicles Life cycle assessment Agent-based model |
Defense Date: | 12-Mar-2025 |
Abstract: | The transport sector is central to modern society, enabling the movement of
people and goods, yet its significant environmental footprint makes it a critical
target for transformation, in line with global climate goals. As road transportation
moves towards automation, electrification, and shared mobility, research has
increasingly focused on assessing the environmental, operational, and societal
implications of these emerging technologies. Despite this growing attention,
significant gaps remain in the environmental assessment of shared, automated,
and electric mobility systems. These evaluations frequently overlook lifecycle
stages beyond the use phase, disproportionately focus on carbon emissions
while neglecting other impact categories, and often fail to account for deployment
strategies and user behaviour. Moreover, studies typically focus on urban and
high-density areas, raising equity concerns, as less densely populated regions
with fewer transportation options are often excluded. This research addresses
these gaps by investigating the interplay of shared, automated and electric
mobility operational and environmental impacts through a life cycle perspective,
focusing on large-scale applications across different geographic and operational
contexts. A novel framework integrating optimization and Agent-Based Modelling
(ABM) with Life Cycle Assessment (LCA) is proposed to comprehensively
evaluate Shared Automated and Electric Vehicles (SAEVs).
The findings of this research reveal that the shift from the actual mobility to
SAEVs can lead to significant reductions in specific impact categories, such as
up to 91% reduction in global warming potential (kg CO2 eq.). However, other
environmental categories such as human toxicity (kg 1.4-DCB to urban air) and
mineral resource scarcity (kg Cu), increased by up to 240% and 229%,
respectively. Operational performance and geographic application influence
environmental outcomes, with long-term assessments proving essential for
capturing the full range of effects. Optimizing fleets solely for operational
efficiency does not necessarily guarantee the best environmental performance.
Applying SAEVs at regional scales tends to offer more significant environmental
gains than smaller geographical scales. Moreover, ridesharing configurations
offer an additional 15% reduction in all impact categories compared to non ridesharing setups. The long-term viability of SAEVs depends on achieving an
effective balance between operational intensity, fleet sizing, and ongoing
technological advancements, particularly in vehicle lifespan and energy
efficiency.
This thesis introduces a methodological framework that can be adapted and
applied to various mobility scenarios, providing insights into the trade-offs
between operational and environmental performance. The findings emphasize
the importance of aligning fleet operations with long-term environmental goals
and highlight critical considerations for policymakers, such as the role of energy
sources, resource management, and equitable deployment across regions. O setor dos transportes é central para a sociedade moderna, permitindo a movimentação de pessoas e mercadorias. No entanto, a sua significativa pegada ambiental torna-o um setor-chave em transformação, em linha com os objetivos globais de combate às alterações climáticas. À medida que o transporte rodoviário avança em direção à automação, eletrificação e mobilidade partilhada, a investigação tem-se focado cada vez mais em avaliar as implicações ambientais, operacionais e sociais dessas tecnologias emergentes. Apesar deste crescente interesse, existem lacunas importantes na avaliação ambiental destes sistemas. Estas avaliações frequentemente desconsideram fases do ciclo de vida para além da fase de utilização, focam-se desproporcionalmente nas emissões de carbono e negligenciam outras categorias de impacto, além de muitas vezes não incluírem as estratégias de implementação e o comportamento dos utilizadores. Além disso, os estudos tendem a concentrar-se em áreas urbanas e de alta densidade populacional, levantando preocupações de equidade, visto que regiões menos densamente povoadas, com menos opções de transporte, são frequentemente excluídas. Esta investigação aborda essas lacunas ao explorar a relação entre os impactos operacionais e ambientais da mobilidade partilhada, automatizada e elétrica, sob uma perspetiva de ciclo de vida, com foco em aplicações em larga escala em diferentes contextos geográficos e operacionais. Um novo quadro metodológico que integra a otimização e a modelação baseada em agentes com a avaliação do ciclo de vida é proposto para avaliar de forma abrangente os Veículos Partilhados, Automatizados e Elétricos (SAEVs do inglês ‘Shared Automated and Electric Vehicles’). Os resultados desta investigação revelam que a transição da mobilidade atual para os SAEVs pode levar a reduções significativas em categorias de impacto específicas, como uma redução de até 91% no potencial de aquecimento global (kg CO2 eq.). No entanto, outras categorias ambientais, como toxicidade humana (kg 1,4-DCB no ar urbano) e escassez de recursos minerais (kg Cu), aumentaram até 240% e 229%, respetivamente. O desempenho operacional e a aplicação geográfica influenciam os resultados ambientais, sendo as avaliações a longo prazo essenciais para captar toda a gama de efeitos. A otimização de frotas exclusivamente para eficiência operacional não garante necessariamente o melhor desempenho ambiental. A aplicação de SAEVs em escalas regionais tende a oferecer ganhos ambientais mais significativos do que em escalas geográficas menores. Além disso, as configurações de partilha de viagens por utilizadores (do inglês ridesharing) oferecem uma redução adicional de 15% em todas as categorias de impacto, em comparação com configurações sem partilha de viagens. A viabilidade a longo prazo dos SAEVs depende de alcançar um equilíbrio eficaz entre a intensidade operacional, o dimensionamento da frota e os avanços tecnológicos contínuos, particularmente em relação à vida útil dos veículos e à eficiência energética. Esta tese apresenta um quadro metodológico que pode ser adaptado e aplicado a diversos cenários de mobilidade, fornecendo informações sobre os compromissos entre o desempenho operacional e ambiental. Os resultados destacam a importância de alinhar as operações das frotas com os objetivos ambientais de longo prazo e salientam considerações críticas para os decisores políticos, como o papel das fontes de energia, a gestão de recursos e a implementação equitativa em diferentes regiões. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/45006 |
Appears in Collections: | DEGEIT - Teses de doutoramento UA - Teses de doutoramento DAO - Teses de doutoramento DECivil - Teses de doutoramento DEMaC - Teses de doutoramento DEM - Teses de doutoramento |
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