1




                            Emission	
  calcula,on	
  in	
  
                               road	
  transport
                                          Per	
  Olof	
  Arnäs




                                      Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs              Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Some	
  clarifica,ons
                                  Haulage	
  companies	
  own	
  vehicles	
  
                                  that	
  are	
  used	
  by…




                                                                                                                                                       2
                                                                                                          …transport	
  companies	
  that	
  service…




                                                                1
                                                                                                                                                             4
                                                          …customers	
  that	
  own…




                                                                           3                           …flows	
  that	
  are	
  controlled	
  by…




                                                                                                                                            5
                                                                                                                                            …logis,cs	
  principles




                                                                         Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                                 Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
This	
  mechanism	
  is	
  
                                            The	
  customer	
  pays	
  for	
  
                                            transport	
  work.	
  
                                                                                                                              fundamental	
  
                                            Measured	
  in	
  tonne	
  x	
  km.                                                 to	
  all	
  transport	
  
                                                                                                                                  opera1ons!



                                  The	
                                                                     The	
  transport	
  company	
  wants	
  
                                                                                                            to	
  maximise	
  the	
  amount	
  of	
  
                Transport	
                                                                                 transport	
  work	
  and	
  minimise	
  
                                                                                                            the	
  amount	
  of	
  traffic	
  work
                Equa,on

                                                                        The	
  haulier’s	
  costs	
  are	
  driven	
  by	
  
                      tonne	
  kmCustomer
                                                                       traffic	
  work.	
  Measured	
  in	
  vehicle	
  
                        tonne	
  kmTraffic                                  capacity	
  x	
  km	
  (also	
  tonne	
  km).
                                                 MAX


                                                           Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                   Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Revenues
                                                               (=increase
                                                                                                           )

                                     tonne	
  kmCustomer
                                      tonne	
  kmTraffic
                                                                                                          MAX

                                            Cost (=decrease)
                                       Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs               Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Emissions
                                  CO2	
  –	
  Depends	
  on	
  fuel                                                     SOx	
  –	
  Depends	
  on	
  fuel



                                   NOx	
  –	
  Depends	
  on	
  fuel	
  +	
  engine

                                                                                                 HC	
  –	
  Depends	
  on	
  fuel	
  +	
  engine


                                      CO	
  –	
  Depends	
  on	
  fuel	
  +	
  engine


                                                                                                    PM	
  –	
  Depends	
  on	
  fuel	
  +	
  engine




                                                                   Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                           Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
1	
  litre	
  diesel	
  =	
  2.4	
  kg	
  CO2
                                                         c t???
                                                 e corre
                                           his b
                                      can t
                                  How




                                                Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                        Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport           6
Carbon	
  dioxide
                                                1	
  litre	
  diesel	
  =	
  2.4	
  kg	
  CO2
                                                                    c t???
                                                            e corre
                                                      his b
                                                 can t
                                             How




                                                                                           rk
                                                                                         Wo
            H                     C H+                 O                O                  =                    O              C       O

                                                                                                                                               O
                                                                                                                                       ,16 kg C 2
                                  12	
  kg     +      16	
  kg       16	
  kg             =	
  44	
  kg                   44/( 12+2)=3            l
                                                                                                                                     per   kg fue

                                                            Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on                   7
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                    Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
 
                                                                                                                        on
                                                                                                                     ic, Wh
                                                                                                              ,	
  fr 6	
  k
                                                                                                            at ,5
                                                                                                          He :	
  5
                                                                                                           etc

                1	
  litre	
  diesel
                =	
  9,77	
  kWh




         The	
  engine	
  efficiency	
  is:                                                                      To	
  driveshaT:	
  
           4,2/9,77	
  =	
  0,43	
  =	
  43%                                                                   4,2	
  kWh

                                       Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs               Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport                                       8
Emission units
                                  Choi
                                       ce of
     g/kWh                                    tech
                                                   nolog
                                                         y
                                                   fuel
     g/litre                               ic e of
                                       Cho

     g/km
     g/,me	
  unit                   C ost
     t.ex.	
  g/h


     g/transported	
  load
     t.ex.	
  g/tonne
     g/transport	
  work                            Revenue
     t.ex.	
  g/tonnekm

                                     Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on   9
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs             Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Difficult
                                                               to measur
                                                                         e

                                     tonne	
  kmCustomer
                                      tonne	
  kmTraffic
                                                                                                          MAX

                                            Easy t o measure

                                       Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs               Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
The	
  most	
  important	
  formula	
  -­‐	
  
                                   gram	
  emissions	
  per	
  litre	
  fuel

                                                           Engine                                     Engine                                                                Fuel
                                    Gram                    Gram                                         kWhout                                        kWh                  MJ
                                                  =                                         *                                             *                             *
                                  Litre	
  fuel           kWhEngine                                        kWhin                                          MJ                Litre
                                                      Cer,fica,on	
  value.
                                                      Emissions	
  in	
  grams	
  per	
  
                                                      kWh	
  engine	
  work


                                                                           The	
  engine	
  efficiency
                                                        Result:	
  Gram	
  per	
  kWh	
  energy	
  put	
  into	
  the	
  engine

                                                                 Conversion	
  to	
  MJ	
  (this	
  is	
  a	
  phjysical	
  constant	
  =	
  3,6	
  MJ/kWh)
                                                                          Result:	
  Gram	
  per	
  MJ	
  fuel	
  put	
  into	
  engine

                                                                                               The	
  heat	
  value	
  of	
  the	
  fuel	
  in	
  MJ	
  per	
  litre.
                                                                                              Result:	
  Gram	
  per	
  litre	
  fuel	
  put	
  into	
  engine.




                                                              Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on                                                      11
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                      Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Emissions	
  per	
  assignment


                                        Engine                             Fuel                            Driver                      Assignment                                   Assignment
                           Gram                             Gram                                             Litre                                   km                                 #	
  of	
  assmts.
                                    =                                                              *                             *                                             *
                    1me	
  unit                              Litre                                             km                        assignment                                       1me	
  unit
                                        Based	
  on	
  engine	
  cer,fica,on	
  and	
  
                                        efficiency	
  together	
  with	
  the	
  heat	
  value	
  
                                        of	
  the	
  fuel.


                                                                    Fuel	
  consump,on
                                                              Result:	
  gram	
  emissions	
  per	
  km

                                                                                  Distance	
  driven	
  during	
  assignment
                                                                                Result:	
  gram	
  emissions	
  per	
  assignment

                                                                                          Number	
  of	
  assignemnt	
  per	
  ,me	
  unit	
  (e.g.	
  2	
  per	
  week)
                                                                            Result:	
  gram	
  per	
  assignment	
  and	
  ,me	
  unit	
  (e.g.	
  per	
  assignement	
  and	
  week)




                                                                      Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on                                                                  12
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                              Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Emissions	
  per	
  tonne	
  alt.	
  tonnekm


                                                                                                                                            Assignment
                                              Engine                           Fuel                               Driver                               Assignment
                                                                                                                                             Vehicle

                                  Gram                         Gram                                                 Liter                         1
                                          =                                                            *                                    *           * Distance
                                  tonne                         Liter                                                 km                         last
                                              Based	
  on	
  engine	
  cer,fica,on	
  and	
  
                                              efficiency	
  together	
  with	
  the	
  heat	
  
                                              value	
  of	
  the	
  fuel.


                                                                       Fuel	
  consump,on
                                                                 Result:	
  gram	
  emissions	
  per	
  km

                                                                         Transported	
  amount	
  (e.g.	
  15	
  tonnes)	
  
                                                                      Can	
  also	
  be	
  calculated	
  as	
  max	
  load	
  *	
  fill	
  rate
                                                                                  Result:	
  grams	
  per	
  tonnekm
                                                                                                               Distance	
  driven
                                                                                 Result:	
  grams	
  per	
  transported	
  amount	
  (e.g.	
  gram/tonne)


                                                                      Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on                               13
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                                              Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
FTL and LTL                  (Full Truck Load and Less than Truck Load)




Image: Kenth Lumsden, Chalmers            Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on   14
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                  Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Alloca1on
                     A	
  truck	
  transports	
  cargo	
  belonging	
  
                     to	
  3	
  customers	
  in	
  a	
  loop

                                         B                                                               C

                                                                                               Should	
  customer	
  A	
  pay	
  for	
  the	
  
                                  A                                                            emissions	
  caused	
  by	
  B	
  and	
  C?

                                                                    Terminal




                                             Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on                                     15
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs                     Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Line based, example




                                      Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on   16
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs              Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport
Pallets, example




                                    Ins2tu2onen	
  för	
  Teknikens	
  ekonomi	
  och	
  organisa2on   17
CC-­‐BY	
  Per	
  Olof	
  Arnäs            Avdelningen	
  för	
  logis2k	
  och	
  transport

Emission calculation

  • 1.
    1 Emission  calcula,on  in   road  transport Per  Olof  Arnäs Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 2.
    Some  clarifica,ons Haulage  companies  own  vehicles   that  are  used  by… 2 …transport  companies  that  service… 1 4 …customers  that  own… 3 …flows  that  are  controlled  by… 5 …logis,cs  principles Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 3.
    This  mechanism  is   The  customer  pays  for   transport  work.   fundamental   Measured  in  tonne  x  km. to  all  transport   opera1ons! The   The  transport  company  wants   to  maximise  the  amount  of   Transport   transport  work  and  minimise   the  amount  of  traffic  work Equa,on The  haulier’s  costs  are  driven  by   tonne  kmCustomer traffic  work.  Measured  in  vehicle   tonne  kmTraffic capacity  x  km  (also  tonne  km). MAX Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 4.
    Revenues (=increase ) tonne  kmCustomer tonne  kmTraffic MAX Cost (=decrease) Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 5.
    Emissions CO2  –  Depends  on  fuel SOx  –  Depends  on  fuel NOx  –  Depends  on  fuel  +  engine HC  –  Depends  on  fuel  +  engine CO  –  Depends  on  fuel  +  engine PM  –  Depends  on  fuel  +  engine Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 6.
    1  litre  diesel  =  2.4  kg  CO2 c t??? e corre his b can t How Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport 6
  • 7.
    Carbon  dioxide 1  litre  diesel  =  2.4  kg  CO2 c t??? e corre his b can t How rk Wo H C H+ O O = O C O O ,16 kg C 2 12  kg + 16  kg 16  kg =  44  kg 44/( 12+2)=3 l per kg fue Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 7 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 8.
      on ic, Wh ,  fr 6  k at ,5 He :  5 etc 1  litre  diesel =  9,77  kWh The  engine  efficiency  is: To  driveshaT:   4,2/9,77  =  0,43  =  43% 4,2  kWh Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport 8
  • 9.
    Emission units Choi ce of g/kWh tech nolog y fuel g/litre ic e of Cho g/km g/,me  unit C ost t.ex.  g/h g/transported  load t.ex.  g/tonne g/transport  work Revenue t.ex.  g/tonnekm Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 9 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 10.
    Difficult to measur e tonne  kmCustomer tonne  kmTraffic MAX Easy t o measure Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 11.
    The  most  important  formula  -­‐   gram  emissions  per  litre  fuel Engine Engine Fuel Gram Gram kWhout kWh MJ = * * * Litre  fuel kWhEngine kWhin MJ Litre Cer,fica,on  value. Emissions  in  grams  per   kWh  engine  work The  engine  efficiency Result:  Gram  per  kWh  energy  put  into  the  engine Conversion  to  MJ  (this  is  a  phjysical  constant  =  3,6  MJ/kWh) Result:  Gram  per  MJ  fuel  put  into  engine The  heat  value  of  the  fuel  in  MJ  per  litre. Result:  Gram  per  litre  fuel  put  into  engine. Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 11 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 12.
    Emissions  per  assignment Engine Fuel Driver Assignment Assignment Gram Gram Litre km #  of  assmts. = * * * 1me  unit Litre km assignment 1me  unit Based  on  engine  cer,fica,on  and   efficiency  together  with  the  heat  value   of  the  fuel. Fuel  consump,on Result:  gram  emissions  per  km Distance  driven  during  assignment Result:  gram  emissions  per  assignment Number  of  assignemnt  per  ,me  unit  (e.g.  2  per  week) Result:  gram  per  assignment  and  ,me  unit  (e.g.  per  assignement  and  week) Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 12 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 13.
    Emissions  per  tonne  alt.  tonnekm Assignment Engine Fuel Driver Assignment Vehicle Gram Gram Liter 1 = * * * Distance tonne Liter km last Based  on  engine  cer,fica,on  and   efficiency  together  with  the  heat   value  of  the  fuel. Fuel  consump,on Result:  gram  emissions  per  km Transported  amount  (e.g.  15  tonnes)   Can  also  be  calculated  as  max  load  *  fill  rate Result:  grams  per  tonnekm Distance  driven Result:  grams  per  transported  amount  (e.g.  gram/tonne) Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 13 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 14.
    FTL and LTL (Full Truck Load and Less than Truck Load) Image: Kenth Lumsden, Chalmers Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 14 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 15.
    Alloca1on A  truck  transports  cargo  belonging   to  3  customers  in  a  loop B C Should  customer  A  pay  for  the   A emissions  caused  by  B  and  C? Terminal Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 15 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 16.
    Line based, example Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 16 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport
  • 17.
    Pallets, example Ins2tu2onen  för  Teknikens  ekonomi  och  organisa2on 17 CC-­‐BY  Per  Olof  Arnäs Avdelningen  för  logis2k  och  transport