A model estimation of the potential demand for alternative fuel technologies in transportation

Abstract

Road remains the biggest pollution source in transport sector, accounted for more than 70% of greenhouse gas emissions. Road transport is a source of harmful air pollutants such as nitrogen oxide (NOx) and particulate matter (PM), strongly linked to a variety of problems including premature death and respiratory issues. To improve air quality and minimize the impact on citizens’ health and well-being, European Commission has put into force measures to support the swift in the type of energy, fuels and powertrains, to deploy efficient and advance alternative fuel technologies and to facilitate the change in mobility behaviour. Several alternative fuel technologies like natural gas, electricity, and fuel-cell, have been identified as having a significant potential to reduce overall pollutants and gradually substitute the use of fossil fuels. As opposed to electric and fuel cell technologies which are still facing technical and economic challenges, Compressed Natural Gas (CNG) technology could be the leading fuel in the transition period towards low emissions era, because of the availability of the resources, the environmental performance of the vehicles, and the feasible conversion of diesel and gasoline engines to double-fuel. While cost and performance characteristics of natural gas vehicles (NGVs) are improved, there is unexploited market potential and many barriers to overcome including consumer acceptance, legal and financial challenges as well as legislative and regulatory issues. The complexity of these market uptake barriers requires a multidisciplinary approach. This thesis attempts to methodically answer each of the main issues described above and broaden our current knowledge on the uneven innovation performance of Member States in terms of alternative fuel deployment. This study aims to analyse consumer behaviour in order to design and propose policies that will efficiently increase the uptake of cleaner technologies. As a first step, a national survey was conducted to reveal private car owners’ mobility habits, needs and expectations, and to define the major criteria regarding the adoption of alternative fuel technologies. A discrete choice experiment has been designed to elicit upon the values that consumers place when purchasing a car. The choice experiment includes four types of car/fuel combinations: natural gas, gasoline, diesel and liquefied petroleum gas, attributes related their technical characteristics, environmental performance, cost efficiency and safety and a list of monetary and non-monetary measures. A cluster analysis of the sample helped identify consumer groups with similar characteristics and patterns in purchase behaviour and reveal different types of drivers’ profile that are more likely to invest in natural gas technologies. For each consumers’ group a multinomial logit model (MNL) was developed, indicating that the increase of the refuelling infrastructure density, the fuel price, and the existence of financial ad policy incentives, could lead to a higher market penetration of natural gas vehicles. Few researchers have dealt with the adoption of alternative fuel technologies in commercial vehicles used in city logistics. Our knowledge of how city logistics operators make decisions is based on very limited data. The aim of the thesis was thus to broaden our knowledge and to understand the various factors that affect the successful diffusion of alternative fuels by analysing both drivers’ and fleet owners’ response towards the use of CNG under different market scenarios. This thesis aims at identifying attitudes and perceptions of fleet owners and logistics companies, operating in Athens, with regards to a potential conversion of their fleets into bi-fuel. The results of the pilot survey underscore two main factors that affect alternative fuel technology adoption. The first refers to the importance of the type of the organizational structure that each company follows, and the second to the mistrust of the fleet owners to the stability of national policy strategies related to a low-emission mobility. The contribution and innovation of this research covers several topics. We conducted two types of surveys targeting different market sections: private car owners and logistics operators. To our knowledge, this is the first time that both revealed preference and stated preference data has been collected for natural gas technology covering freight and passenger transport in Greece. The questionnaire was designed based on an extended literature review covering the majority of the factors that have been identified, including: actual and perceived vehicle attributes, vehicle use characteristics (tax incentives, fuel consumption etc), sociodemographic factors, attitudinal psychological factors and interpersonal influence on the adoption of an alternative fuel vehicle. The design of the questionnaire was reviewed not only by transport economists and engineers, but it also included constructive feedback from the Directors of the Public Gas Provider, and the opinions of several professional transport operators and professional drivers, regarding issues that matters the most on adopting an innovative technology. Finally, the interpretation of the results of the multinomial logit model were translated into a policy measures that could influence the car choice. The Integrated Policy Plan proposed as the final outcome of this survey includes the implementation of soft and hard policy actions in a step-by-step policy design, to enhance the use of natural gas based not only on the technical advantage of CNG, but also the key elements of the behavioural change.

Οι οδικές μεταφορές παραμένουν η μεγαλύτερη πηγή ρύπανσης στον τομέα των μεταφορών, και αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 70% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Αποτελούν πηγή επιβλαβών ατμοσφαιρικών ρύπων όπως το οξείδιο του αζώτου (NOx) και μικροσωματίδια (PM), που συνδέονται στενά με μια πληθώρα προβλημάτων υγείας, όπως αναπνευστικά προβλήματα και αύξηση της αρτηριακής πίεσης. Για να βελτιωθεί η ποιότητα του αέρα και να ελαχιστοποιηθεί ο αντίκτυπος στην υγεία και την ευημερία των πολιτών, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή έχει θέσει σε ισχύ μέτρα για να υποστηρίξει τη γρήγορη μετάβαση σε νέα καύσιμα και κινητήρες αυτοκινήτων, την ανάπτυξη αποτελεσματικών και προηγμένων εναλλακτικών τεχνολογιών καυσίμων και την αλλαγή στη συμπεριφορά κινητικότητας. Αρκετές εναλλακτικές τεχνολογίες καυσίμων όπως το φυσικό αέριο, η ηλεκτρική ενέργεια και το υδρογόνο, έχουν αναγνωριστεί ότι μπορούν να συμβάλλουν στη μείωση των συνολικών ρύπων και μπορούν σταδιακά να υποκαταστήσουν τη χρήση ορυκτών καυσίμων. Σε αντίθεση με τις τεχνολογίες ηλεκτρικών οχημάτων και κυψελών καυσίμου που εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν τεχνικές και οικονομικές προκλήσεις, η τεχνολογία συμπιεσμένου φυσικού αερίου (CNG) θα μπορούσε να είναι το κορυφαίο καύσιμο κατά την περίοδο μετάβασης προς την εποχή των χαμηλών εκπομπών, λόγω της διαθεσιμότητας των πόρων, των περιβαλλοντικών επιδόσεων των οχημάτων φυσικού αερίου καθώς επίσης και με τη μετατροπή κινητήρων ντίζελ και βενζίνης σε διπλού καυσίμου. Ενώ τα χαρακτηριστικά κόστους και απόδοσης των οχημάτων φυσικού αερίου βελτιώνονται, υπάρχει ανεκμετάλλευτο δυναμικό αγοράς και πολλά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν, όπως η ευρεία αποδοχή τους από τους καταναλωτές και η δημιουργία ευνοϊκών νομικών και ρυθμιστικών πλαισίων. Η πολυπλοκότητα αυτών των εμποδίων απαιτεί μια διεπιστημονική προσέγγιση. Αυτή η διατριβή επιχειρεί να απαντήσει μεθοδικά σε κάθε ένα από τα κύρια ζητήματα που περιγράφονται παραπάνω και να διευρύνει τις τρέχουσες γνώσεις μας σχετικά με την άνιση απόδοση καινοτομίας των κρατών μελών όσον αφορά την εναλλακτική χρήση καυσίμων. Αυτή η μελέτη στοχεύει στην ανάλυση της συμπεριφοράς των καταναλωτών προκειμένου να σχεδιάσει και να προτείνει πολιτικές που θα αυξήσουν αποτελεσματικά την απορρόφηση πράσινων τεχνολογιών καυσίμου. Ως πρώτο βήμα, πραγματοποιήθηκε μια εθνική έρευνα για να καταγραφούν οι συνήθειες, οι ανάγκες και οι προσδοκίες των ιδιοκτητών αυτοκινήτων, και να καθοριστούν τα κύρια κριτήρια με τα οποία οι καταναλωτές επιλέγουν εναλλακτικές τεχνολογίες καυσίμων. Για το σκοπό αυτό, σχεδιάστηκε ένα πείραμα διακριτών επιλογών για να αντλήσει τη βαρύτητα που αποδίδουν οι καταναλωτές στα διάφορα κριτήρια κατά την αγορά αυτοκινήτου. Το πείραμα επιλογής περιλαμβάνει τέσσερις τύπους συνδυασμών αυτοκινήτων / καυσίμων: φυσικό αέριο, βενζίνη, ντίζελ και υγραέριο, χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους, περιβαλλοντικές επιδόσεις, αποδοτικότητα κόστους, ασφάλεια και μια λίστα πολιτικών και κινήτρων. Μια ανάλυση του δείγματος βοήθησε στον προσδιορισμό ομάδων καταναλωτών με παρόμοια χαρακτηριστικά και μοτίβα στη διαδικασία λήψης απόφασης και αποκάλυψε διαφορετικούς τύπους οδηγών που είναι πιο πιθανό να επενδύσουν σε τεχνολογίες φυσικού αερίου. Για κάθε ομάδα καταναλωτών αναπτύχθηκε ένα μοντέλο logit (MNL), το οποίο υποδεικνύει ότι η αύξηση της πυκνότητας υποδομής ανεφοδιασμού, η τιμή καυσίμου και η ύπαρξη κινήτρων, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε υψηλότερη διείσδυση των οχημάτων φυσικού αερίου στην ελληνική αγορά. Υπάρχουν συγκριτικά πολύ λίγες μελέτες που ασχολούνται με την υιοθέτηση εναλλακτικών τεχνολογιών καυσίμων σε επαγγελματικά οχήματα που χρησιμοποιούνται στις αστικές εμπορευματικές μεταφορές. Ένας ακόμη στόχος της διατριβής ήταν να διευρύνουμε τις γνώσεις μας και να κατανοήσουμε τους διάφορους παράγοντες που επηρεάζουν την επιτυχή διάδοση των εναλλακτικών καυσίμων, αναλύοντας την απόκριση τόσο των οδηγών όσο και των ιδιοκτητών στόλου στη χρήση του CNG σε διαφορετικά σενάρια αγοράς. Αυτή η διατριβή στοχεύει στον εντοπισμό στάσεων και αντιλήψεων των ιδιοκτητών στόλου και των εταιρειών logistics, που δραστηριοποιούνται στην Αθήνα, και την πιθανή μετατροπή των στόλων τους σε διπλού καυσίμου. Τα αποτελέσματα της πιλοτικής έρευνας υπογραμμίζουν δύο βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν την υιοθέτηση εναλλακτικής τεχνολογίας καυσίμων. Ο πρώτος αναφέρεται στη σημασία του τύπου της οργανωτικής δομής που ακολουθεί κάθε εταιρεία και ο δεύτερος στη δυσπιστία των ιδιοκτητών του στόλου στη σταθερότητα των εθνικών στρατηγικών πολιτικής που σχετίζονται με την βιώσιμη κινητικότητα. Η συμβολή και η καινοτομία αυτής της έρευνας καλύπτει διάφορα θέματα. Διενεργήσαμε δύο τύπους ερευνών που στοχεύουν σε διαφορετικά τμήματα της αγοράς: τους ιδιοκτήτες ιδιωτικών αυτοκινήτων και τις εταιρείες logistics. Από όσο γνωρίζουμε, αυτή είναι η πρώτη φορά που συλλέχθηκαν τόσο στοιχεία δεδηλωμένης όσο και αποκαλυφθείσας προτίμησης για την τεχνολογία φυσικού αερίου που καλύπτει τις εμπορευματικές και επιβατικές μεταφορές στην Ελλάδα. Το ερωτηματολόγιο σχεδιάστηκε με βάση μια εκτεταμένη βιβλιογραφική επισκόπηση που καλύπτει την πλειονότητα των παραγόντων που έχουν εντοπιστεί, όπως: πραγματικές και αντιληπτές ιδιότητες οχήματος, χαρακτηριστικά χρήσης οχήματος (φορολογικά κίνητρα, κατανάλωση καυσίμου κ.λπ.), κοινωνικο-οικονομικοί παράγοντες, ψυχολογικοί παράγοντες και διαπροσωπική επίδραση στη χρήση εναλλακτικού οχήματος καυσίμου. Τέλος, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων του μοντέλου logit μεταφράστηκαν σε μέτρα πολιτικής που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την επιλογή του αυτοκινήτου. Το Ολοκληρωμένο Σχέδιο Πολιτικής που προτείνεται ως το τελικό αποτέλεσμα αυτής της έρευνας περιλαμβάνει την υλοποίηση πολιτικών δράσεων σε ένα βήμα προς βήμα σχεδιασμό πολιτικής, για την ενίσχυση της χρήσης φυσικού αερίου που βασίζεται όχι μόνο στο τεχνικό πλεονέκτημα του συμπιεσμένου φυσικού αερίου, αλλά και στα βασικά στοιχεία της αλλαγής συμπεριφοράς.