Sustainable Mobility and Eco-Innovation in Transportation Economics

Questo lavoro di tesi si concentra sull’analisi della diffusione dell’innovazione nel settore dei trasporti, con una particolare enfasi sulla sua dimensione economica. Per progredire in un settore, è necessario un adeguato studio di nuove tecnologie e pratiche, con l’obiettivo di valutare la loro fattibilità ed il loro potenziale impatto sul sistema. Nella nostra ricerca, abbiamo interpretato il tema della diffusione dell’innovazione in questo campo utilizzando diversi punti di vista e tre diversi livelli geografici: città, Italia/Europa, e globale. Nel primo studio abbiamo interpretato il tema in maniera letterale, focalizzandoci sulla logistica e la last-mile delivery nella città di Torino. Abbiamo sviluppato un modello ad agenti per simulare il cambio di abitudini dei negozianti, verso la diffusione di mezzi di trasporto meno inquinanti (l’innovazione), sfruttando le connessioni e configurazione delle reti sociali tra gli utenti. Abbiamo applicato diverse combinazioni di policy, valutandone l’efficacia in termini di livelli di interazione e riduzione di emissioni. Nel breve periodo la misura più efficace si dimostra ottimizzare il trasporto merci, tramite un incremento del fattore di carico, o una esternalizzazione del servizio. Gli incentivi per i veicoli privati, possono essere combinati nel lungo periodo, per rendere meno inquinanti i mezzi rimanenti. Dalle simulazioni si dimostra come la configurazione della rete sociale tra gli utenti e la distribuzione di utenti virtuosi nei nodi principali, ha una grande influenza sia nella possibilità convergenza, sia nella sua velocità. Nella nostra seconda ricerca, investighiamo l’innovazione considerata nel suo aspetto più tecnologico. Il focus è sulla tipologia ancora non molto investigata dei quadricicli leggeri elettrici (Light Electric Vehicles). Studiando uno scenario nazionale ipotizziamo, sotto determinati vincoli, una sostituzione dei viaggi in automobile fatti con veicoli convenzionali, con l’utilizzo di mezzi ultraleggeri, con l’obiettivo di minimizzare l’energia richiesta allo spostamento in automobile. Nella legislazione Europea dedicata alla regolamentazione di pesi e misure dei veicoli abbiamo riscontrato valori ammissibili più alti di quanto ci aspettassimo, derivati perlopiù da policy stratificate nel tempo. Per il caso specifico di scenario di sostituzione, abbiamo utilizzato i dati italiani sugli spostamenti. Abbiamo riscontrato che, nei dataset disponibili, le variabili che influenzano la possibile adozione di una microcar elettrica in alternativa ad una automobile convenzionale sono la lunghezza del tragitto e lo scopo dello spostamento. Le percentuali di possibile adozione per i modelli di microcars scelti sono da medio a medio alti: il 48% riguardo gli scopi di trasporto ritenuti adeguati e tra il 77.6% ed il 97% per le distanze coperte.). Nell’ultima ricerca, l’innovazione è stata applicata nel metodo, un Large Language Model per investigare le policy di integrazione dei veicoli elettrici nella rete elettrica. Poi abbiamo confrontato le policy con le fasi di integrazione del rinnovabile nel sistema elettrico. Il modello automatico non ha performance adeguate rispetto alle valutazioni degli analisti di policy. La discrepanza è probabilmente dovuta alla varietà di documentazione da analizzare e le varie sfumature nel valutare l’implementazione delle misure. Le policy misurate dal policy analyst si sono poi rivelate inversamente correlate alle fasi di integrazione del rinnovabile. Tale risultato potrebbe evidenziare una impreparazione in prospettiva ad integrare in maniera efficace questa nuova tecnologia nel sistema elettrico ed il bisogno di studi aggiuntivi riguardo le variabili in gioco in un sistema in transizione verso le fonti rinnovabili.

The research thesis focuses on the diffusion of innovation in the transport sector, with an emphasis on its economic dimension. Progress in a sector requires the study and investigation of new practices and technologies, to assess their viability and possible broad impacts. We analyzed innovation diffusion in this field from various perspectives at three geographic levels: city, country, and global. In the first research, we interpret the topic literally, focusing on last-mile delivery logistics in the city of Turin, and studying the sectoral transition to a less polluting system. We develop an Agent-Based model simulating the diffusion of increasingly cleaner vehicles among the users through policies, leveraging social network connections and configurations as means of communication. The policies that prove to be more effective in emission reductions are incentives for shifting to a more load-efficient transport or outsourcing to a third-party the service, while incentives for private vehicle fleet modernisation have their effect over time. Finally, we highlight the importance of social network structure and the pivotal effect of opinion leaders’ centrality, and connection opinions thresholds. For low to medium thresholds, the most favourable topology is the Small World configuration, except in the case of the opinion leaders’ centrality, where the Free Scale performs better. With the higher threshold, the only acceptable result in terms of innovation diffusion is performed by Erdős–Rényi and Free Scale, the second giving the opinion leaders a better centrality in the network. In the second work, we portray the innovation with its technological aspect, through the study of the still not that investigated Light Electric Vehicles. We hypothesise a national scenario when conventional Internal Combustion vehicles could be replaced, under certain assumptions, with much lighter electric vehicles with the aim of reducing resource utilisation. From our preliminary analysis of the European and Italian car fleet, we found the medium segment has been the most popular, and that the private car’s weight is steadily increasing. Analysing the legislation regulating the weight and dimensions of private vehicles, we found that allowed values higher than expected, derived from policies stratified over the decades. Using the Italian trips characterisation, we found that the major variables influencing microcars adoption are the trip length and its purpose. We found a very high percentage of possible trip substitution (between 77.6% and 97%), due to the Italian trip distribution being concentrated on short and very short trips (77%). Purpose-wise we have a potential of 42.8%. Limitations of the study include limited access to data regarding vehicle occupancy and highway use. In the last research, we used an innovative method, a large language model, to investigate facilitating worldwide policies for EV-electric grid integration. In the test, the methodology does not hold up with human policy analysts’ reviews. These models could be a support for a preliminary screening but given nuanced electricity market frameworks and institutional interactions differences among countries, the policy analyst insight is still strongly necessary. Then, given the role of battery technologies for the electrical grid, we assume electric vehicles' smart charging power system integration moving in tandem with the increasing Variable Renewable Energy integration in the system. In the countries analysed we discover an unexpected inverse correlation between the variables. This may suggest that potential EV smart charging – electrical grid support is not leveraged enough in systems undergoing the green transition. Limitations of the study include the low number of countries with available data and the consideration of an aggregated indicator for the countries’ VRE integration categorisation.