Decarbonising heavy-duty road freight transport : techno-economic assessment of alternative fuel pathways

Abstract

Globalisoituvan kaupan ja kasvavan ympäristövastuun aikakaudella raskaat kuorma-autot muodostavat logistiikan selkärangan ja samalla yhden sen suurimmista haasteista. Ne mahdollistavat talouskasvun ja globaalit verkostot, mutta aiheuttavat myös merkittävän osan kasvihuonekaasupäästöistä ja fossiilisten polttoaineiden kulutuksesta. Sektorin vähähiilistäminen ei ole pelkästään tekninen ongelma, vaan strateginen välttämättömyys, joka edellyttää innovaatioita, investointeja ja kokonaisvaltaista suunnittelua. Siirtyminen vaihtoehtoisiin käyttövoimiin ja polttoaineisiin, kuten akkusähköön, nesteytettyyn biokaasuun ja uusiutuvaan dieseliin, tarjoaa merkittäviä mahdollisuuksia, mutta tuo mukanaan myös uusia haasteita. Jokaiseen ratkaisuun liittyy kustannuksia, infrastruktuuria ja käytännön toteutettavuutta koskevia kompromisseja, minkä vuoksi teknologian valinta, käyttöönoton ajankohta ja käyttöolosuhteet ovat keskeisiä kysymyksiä sekä yrityksille että päätöksentekijöille. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan vaihtoehtoisten käyttövoima- ja polttoaineratkaisujen teknis-taloudellista toteuttamiskelpoisuutta raskaiden maantiekuljetusten vähähiilistämisessä. Tutkimus vastaa kestävien ratkaisujen tarpeeseen arvioimalla kaupallisesti saatavilla olevia teknologioita todellisissa käyttöolosuhteissa. Kolmessa toisiinsa liittyvässä osatutkimuksessa selvitetään vaihtoehtoisten käyttövoimien käyttöönoton teknis-taloudellisia edellytyksiä. Ensimmäisessä osatutkimuksessa tarkastellaan markkinoilla olevien vaihtoehtojen suhteellista toteuttamiskelpoisuutta. Tulokset osoittavat, että kustannuskilpailukyky riippuu vahvasti toimintaympäristöstä, mutta se on jo nykyisin saavutettavissa. Toisessa osatutkimuksessa analysoidaan akkujen kustannusherkkyyttä ja osoitetaan, miten oppimiskäyrät ja markkinakehitys vaikuttavat liikenteen sähköistymisen ajoitukseen. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkastellaan logistiikkaverkostojen suunnittelua. Tulokset osoittavat, että keskus- ja säteittäisverkostot voivat edistää vähäpäästöisten teknologioiden käyttöä lieventämällä toimintamatkaan liittyviä rajoitteita ja tasapainottamalla kustannuksia ja päästöjä. Kyse ei kuitenkaan ole vain yksittäisestä teknologiasta, vaan koko järjestelmää koskevasta muutoksesta. Tutkimus korostaa mukautuvien strategioiden tarvetta, joissa teknologiavalinnat sovitetaan yhteen toiminnallisten edellytysten ja kestävän kehityksen tavoitteiden kanssa. Yhdistämällä taloudelliset, ympäristölliset ja logistiset näkökulmat väitöskirja tuottaa käytännönläheistä tietoa päätöksentekijöille tavaraliikenteen vähähiilistämisen tueksi.

In an era of expanding global trade and increasing environmental scrutiny, heavy-duty trucks remain the backbone of logistics but also pose one of its greatest challenges. These vehicles enable economic growth and global connectivity, yet they account for a significant share of greenhouse gas emissions and fossil fuel consumption. Decarbonising this sector is not merely a technical challenge but a strategic imperative that requires innovation, investment and integrated planning. The transition to alternative powertrains and fuels, such as battery-electric powertrains, liquefied biogas and renewable diesel, offers significant opportunities but also presents new challenges. Each pathway involves trade-offs in terms of cost, infrastructure and operational feasibility, making the choice of technology, timing and operating conditions central to both business and policy decisions. This dissertation investigates the techno-economic feasibility of alternative powertrain and fuel pathways for decarbonising heavy-duty road freight transport. It addresses the need for sustainable logistics solutions by evaluating commercially available technologies under real-world operating conditions. Through three interconnected studies, the dissertation explores the techno-economic conditions for adopting alternative powertrains and fuels. The first study examines the comparative feasibility of market-ready options, showing that cost competitiveness is highly dependent on the operating context but is already achievable. The second study investigates sensitivity to battery costs, demonstrating how learning curves and market dynamics influence the timing of electrification. The third study focuses on logistics network design, showing that hub-and-spoke configurations can facilitate the adoption of low-emission technologies by mitigating range limitations and balancing costs and emissions. The findings show that decarbonisation can be economically feasible and cost-competitive but requires a system-level transformation rather than reliance on a single technology. The research highlights the need for adaptive strategies that align technology choices with operational requirements and sustainability objectives. By integrating economic, environmental and logistical perspectives, the dissertation provides practical insights to support decision-making on freight decarbonisation.