Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
LETSGoverning transitions towards Low carbon Energy
and Transport Systems for 2050
Tekniska åtgärder inom transportsektorn
LETS Gods WS 8 februari 2011
Sten Wandel
Professor Teknisk LogistikLunds Universitet
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
5 Logistics Revolutions
Base Innovations1. Land, Farm, City, 2. Transport, Storage, Infrastruct. Wheel, Sail, Rail, Airplane, Tube, 3. Pay, Finance, Risk Coin, Bill, Share, Insurance, 4. Transformation, Energy, Material Steam, Combustion, Electricity,5. Information, Knowledge Letter, Phone, Transistor, Internet
Each base develops over time Developments in leaps - Revolutions
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
De fem logistikrevolutionerna
Teknisk innovation Organisatorisk innov.1. Husdjur, åker,
byggnader,, vägar Allians med matleverantörer, Byteshandel, byar
2. Hjul, segel, amfora, frys, lastpall Produktion & konsumtion separerades i tid & rum
3. Mynt, sedel, finansiella instrument, avtal, försäkring
Handel & spekulation
4. Ångmaskin, elmotorn, standardisering
Mekanisering, specialisering Skalfördelar, Järnväg, värdekedjor
5. Telegraf, radio, transistor, Farmor, boken, universitet
Integration, kundspecifikt, platsoberoende
Varje revolution hade specifika platser och gruppersom vinnare resp. förlorare
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Sjöfartens produktivitetsutveckling
Lastförmåga[ton]
Besättning[sjömän]
Hastighet[Km/h]
Produktivitet[Tonkm perMantimme]
Ekstock 0,2 1 5 1
Vikingaskepp 10 14 7 5
Hansakogg 100 14 10 71
Atlantångare 5 000 30 25 4 167
Oljetanker 400 000 14 30 857 143
4
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
P
PP
I
I
P P
PP I
Production
Handicraft Industrial Era
Glocal Production Central Production
Customer
Inventory
NetworkCoordinator
2020 1990
19001500
Logistics Revolutions impact Industry Structure
Standard ProductsMany StagesLarger Markets
Global ChainsEuropean DCBuy on InternetMass Customization
MP-3 Player, E-book Print on Demand PostponementFactory in the Box
Shoe makerLive Concert, PoetConstruction
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Transport, Communication and LabelsEnables Supply Chain Revolutions
P
PP
I
I
P P
PPI
Production
Handicraft Industrial Era
Glocal Production Central Production
Customer
Inventory
NetworkCoordinator
2020 1990
19001500
Scale Economy - Production Cost + Transport Volume
Scope Economy + ICT / Vol / Quality - Transport Volume
Transport & Comm+ Speed +Reliability
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Energikällor
Källa: C. Marchetti, 1998
Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum
En förändring är möjlig!Fjärrvärmen fossilfri på 30 år
Energitillgång vid lokal värmeproduktion under perioden 1960-2007.(K. Ericsson)
0
10
20
30
40
50
60
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Dis
trict
hea
ting
prod
uctio
n (T
Wh)
OilNatural gas, incl. LPGCoalElectric boilersHeat pumpsIndustrial waste heatPeatMSWOther biomass fuelsTall oilWood fuels
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Kraftkällor (kW) i industrin I USAUS
Källa: Ausebel & Marchetti, 1996
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Shift av transportslag
Källa: C. Marchetti, 1998
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Toppår och livslängd
Källa: C. Marchetti, 1998
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Hitachis mu-chip Nya 64 ggr mindre vid Hårstråt. ex. “intelligent” papper
RFID taggarna blir försvinnande små
Blandas i papper, internetadress avläses med mobilen
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
P2P - The ultimate internet all products and packages talk to each others
Internetcomputers
Internetusers
Today’sInternet
Shop-floor equipment
Trucks & Ships
Containers & Pallets
The ExtendedInternet
Individual item
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
L
LWould you like to join me for a tripto SKF, gate 4 arriving 15.52 next week Friday?
Sorry but I am supposed to be there tomorrow att18.45. I will have to take an over-night truck!
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Nästa 40 årenolika ”clock speed”
Människan:• 1,5 ny genration människor, barn vid 30, ändrade värderingar/beteenden• 10 decennier, ändrade attityder
Transportteknik:• 1 ny generation transportinfrastruktur eller transportslag• 2 nya generationer farkoster, 20 års livslängd, lastbilar 7, flygplan & båtar 30 år
Informations- och kommunikationsteknik:• 5 nya generationer mobil kommunikationsinfrastruktur, 8 års livslängd, • 9 G mobilnätet: alla människor, tamdjur, farkoster, paket, och prylar
uppkopplade. Internt of Things. • Klusters: Body Area Network, Personal Area Network, Intelligent Homes etc. • 13 nya generationer terminaler, 3 års livslängd, datorer, mobiltelefoner, trådlösa etiketter/sensorer/
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Framework to reduce GHG emissions from logistics and freight transport
kWhemissionsCO
vehiclekmkWh
tonkmvehiclekm
tontonkm
GDPtonGDPemissionsCO 2
2 ×××××=
ECONOMIC ACTIVITY
TRANSPORT INTENSITY
ENERGYINTENSITY
INVERSE VALUE
DENSITY
TRAFFICINTENSITY
EMISSIONSINTENSITY
• Technology?• Behavior?
Source: Fredrik Eng-Larsson
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Minska CO2/kWh• Minskad kolmängd i drivmedel
– Utbyggnad av infrastruktur för biobränslen
• Minskad CO2 utsläpp– Carbon Capture, två tankar
• El-lastbilar: batteri, hybrid– Stadsdistribution?
• El-lastbilar: el frånvägen– 2010 Sladdlös TV– Korea induktion:10% en körfil
laddar batterier– Frankrike: el plattor– 2050?? Hälsoeffekt?
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Koldioxidneutral energi för transporter
Biomassa Sol, vind, vatten Kol, CO2 lagringEtanol, metanol, väte biodiesel Elektricitet eller väte Elektricitet eller väte
Flyg Tåg Väg Sjöfart
Flyg och Sjöfart svårast!
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Klimatnytta av Biobränslen
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Biogas-g
ödsel
Metanol-S
alix-å
kermark
Etanol-v
ete (bio)
Etanol-v
ete-grä
smark
(bio)
Bensin
Etanol-v
ete (ko
l)
Metanol-k
ol
Etanol-v
ete-to
rvmark
Rel
ativ
a ut
släp
p av
väx
thus
gase
r
"Bra" eller "dålig" klimatprestanda beror framför allt på följande:1. Bränsle i drivmedelsanläggningen? 2. Vilken odlingsmark & dess alternativa användning?3. Alternativ hantering av restprodukter & vad ersätter dessa?4. Lustgasutsläpp vid odling?
Professor Mats Alaküla LTH/Volvo
Battery requirements for electric propulsion
45 000 tons of batteries. The take off weight is 413 tons ! Not possible!
10 kg for 10 km Possible!
40 kg for 10 km Possible!
200 kg for 10 km Possible!
20 tons for 1000 km Not possible!
Alternative solutions + / -
Inductive ConductiveTop • Unrealistic due to size and
weight• Low efficiency• Visual impression
• Already in use• Low cost• Does not work for cars• Visual impression
Side • Works for all road vehicles• Unsafe for objects on
roadside• Low efficiency• Heavy, bulky and expensive• Only one lane possible
• Works for all road vehicles• Low cost• Unsafe for objects on
roadside• Only one lane possible
Under • Rugged and Safe• Expensive• Low efficiency• EMC
• Works for all road vehicles• Low cost• High efficiency• Safe and rugged?
Historic pictures
INNORAIL, Bordeaux, I
INNORAIL developed for tram by Alstom/Spie, also called APS (Alimentation par Sol),sequential 8+3 meters sections. Used in Bordeaux, France
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
INNORAIL ground level switched contact system.
OLLEV Korea Inductive
Korean solution: “Online Electric Vehicle (OLEV)”$ 21 million / 2009 + $ 83 million / 201060 % Efficiency over 12 cm distance
A Slide In Sweden means …• An installation cost of 4 MSEK/km or <
+10 % on new roads.• We have 20 000 km “Riksväg” in Sweden
• Total cost about 80 000 MSEK or 3.0 % of BNP
• We produce Gasoline and Diesel for about 50 000 MSEK annually, without taxes.
• If ALL Road Vehicles convert to Plug In + Slide in, then:• The El Energy Generation will increase with <
18 % of todays production of 150 TWh• The El Power Generation will increase with <
17 % of todays max capacity of 28 GWPossible!
• A real alternative (maybe the only) to fossil based transportation !
• Makes EVs and PHEVs, with 40-200 km range, long distance transport vessels
200 km
100
40
% of 28 GW
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
14.0%
16.0%
18.0%
20.0%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Max17 % of Swedish
generation capacity
Energy to different vehicle types
Electric Energy Requirement,all road vehicles electric
[TWh]
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
Commercial Vehicles
Non CommercialVehicles
Plug In
Plug In
Slide In
• All Swedish road vehicles consume about 90 TWh fossil fuels
• Sweden generate about 150 TWh electric energy
• If all road vehicles were electric, 27 TWh el would be enough:
• 17 TWh for Cars• 10 TWh for Heavy
• Technology Selection should apply to all road traffic
Conclusion so far …
• IF Slide In is implemented in roads, the consequence for road traffic is revolutionary• Energy use for transport cut by about 50 %• “Fuel” Cost Savings depending on energy price, currently -50..60 %• The fossil fuel dependence is eliminated
• The additional cost on the vehicle is low• The additional cost on the road is claimed to be about +
10% of the building cost for a new highway
• The concept should be taken seriously
Conclusions
• Any Road Transport can be Electric• Requires “Slide In” technology• Needs reasonable Electric Energy generation• Eliminates Fossil Fuel Dependence• Opens for all renewable “fuels”, including solar, wind, hydro,
wave, …
• But how?• Infrastructure• Charging stations• Use of bio fuels• Billing• …
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Minska trafikintensiteten farkost*km/ton*km
• Öka andel tåg- och båttransport 20%->80%– Ex. Gröna korridorer, myter att grönt ökar logistikkostnader
• Större, längre farkoster– Ex. två lastbilssläp, tåg 630 m->1 300 m
• Automatisk trafikpolis, mobiltelefon med GPS, 10 000kr->200 kr– AU 2008: Access väg/tid, hastighet, vikt, vilotider, zoning budbilar– NL 2012: avgift CO2, trängsel, – Brobizz, elektroniska nr skyltar 250 kr->2 kr
• Färre större logistik hubar->färre, fullare och större farkoster• Tvingande samlastning i städer
– Ex. Borlänge, Holland, Köpenhamn
• Obligatorisk spotmarknad för ledig transportkapacitet
– Jmf IT-operatörer
PBS ROAD CLASS EXISTING ROUTE
LEVEL 1 ACCESS (L1)* GENERAL ACCESS
LEVEL 2 ACCESS (L2) B-DOUBLE
LEVEL 3 ACCESS (L3) TYPE 1 ROAD TRAINS
LEVEL 4 ACCESS (L4) TYPE 2 ROAD TRAINS
* L1 roads would become the default classification, subject to existing local constraints on general access heavy vehicles
Network classification
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Australiska Intelligent Access Program (IAP) alla lastbilar över 25 m
• General Access (1st Generation)
• Restricted Access (2nd Generation)
▲IAP the road forward//
▲ Intelligent Access (3rd
Generation)
Framework to reduce GHG emissions from logistics and freight transport
kWhemissionsCO
vehiclekmkWh
tonkmvehiclekm
tontonkm
GDPtonGDPemissionsCO 2
2 ×××××=
ECONOMIC ACTIVITY
TRANSPORT INTENSITY
ENERGYINTENSITY
INVERSE VALUE
DENSITY
TRAFFICINTENSITY
EMISSIONSINTENSITY
• Technology?• Behavior?
Source: Fredrik Eng-Larsson
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
GHG för produkts produktion, transport, användning och återvinning
D C B AD C B AD C B AD Transport Transport TransportC You A
GHG utsläpp
KundMonteringModul-tillverkning
Komponent-tillverkning
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Kombi
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
CO2 Reduction by Redesigning the Supply Chain
• Transportation modes• Order Consolidation• Sustainable Packaging• Vendor Managed Inventory• Central Warehouse• Postponement of packaging and
customization• Reduced Distance Between
Manufacturer and Customer• Various Combinations of the
Above
Source: Ali Pazirandeh
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /46
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Standard e-commerce
Producer Wholesaler ConsumerPackingcenter
On-linestore
volume
Unitcost
This model does not scale well.There is no breakthroughtechnology in the pipeline(other than Autopac)
70% godstransporter i städeri personbilar
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
On-linestore
On-linestore
On-linestore
ProducerProducer
Autopac
Consumer
On-linestore
ProducerProducer
Autopac
volume
Unitcost Totally separating the order
generation process (“sellingthings”) from the order fulfillment process (“gettingthings from producer toconsumer”)
Lunds universitet / Teknik och samhälle / Trafik och väg /
Systematic savings are huge
Producer
AutopacLabor
Inventory
Premises
Transport
Damage&Loss
Savings
ObsolesencePotential savings amount to 4-7% of GDP
ILLUSTRATIVE
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Tid2020 20502010
1. Historia och nuläge
3. Önskade lägesbilder
5. Deltids-station
4. Vägar6. Vägar
7. Teknisk utveckling
2. Omvärldsutveckling
8. Styrmedel
9. Konsekvenser av genomförande, utmaningar
LETS: Back Casting
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Frågor?
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Det finns gap mellan prognosticerad utveckling och målbilder för 2050
8090
100110120130140150160170180
1990 1997 2004 2011 2018 2050
Gap
BNP
-10%
Alternativa Samhällen medlåg CO2 förMax + 2 grader
CO2
tonkm
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
EcoMobility: Öresundsregionen inkl Skåne fosilfritt 2020
1. TVN1: Green Logistics Hub– Green Corridors
2. TVN2: City Logistics
3. TVN3: Energy Carriers and Technology Systems
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Perspektiv på framtiden
• Prognoser Sannolika utvecklingar
• Scenarier Möjliga utvecklingar
• Backcasting Önskade utvecklingar
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Alternativa Scenarier för ”Low-Carbon” 2050
Frivilliga åtgärder
Tvingande åtgärder
Beteendeförändring
Teknikfix
Carbon Capture i farkostenTrådlös ström från vägen
CO2 märkningAvgift=samhälls-ekonomiskmarginalkostnad
Högt CO2 pris Påtvingad samlastningLastbil och flyg begränsas
InnovationerEntreprenörer
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
2000
Flyg
Spår, kortväga
Bil, långväga
Buss, kortväga
Färja
Bil, kortväga
Gång
Ref. scenario 2050 med kraftig teknikeffektivisering
40 km
80 km
Reslängd/person och dag
Buss, långvägaSpår, långväga Cykel
Flyg
Spår, kortväga
Bil, långväga
Buss, kortväga
Färja
Bil, kortväga
Gång
Buss, långvägaSpår, långväga Cykel
Hållbart 2050Färja
Bil, kortväga
Flyg
Bil, långväga
Buss, kortvägaSpår, kortväga
Buss, långväga
Elbil
Spår, långvägaCykel
Gång
kWh/pkm
Scenarier för Sverige 2050persontransporter
Källa: Åkerman, Jonas & Höjer, Mattias, Energy Policy
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Åtgärdsstrategier(tillgänglighet kontra mobilitet)
• Påverka efterfrågan på transporter– Planering, reglering, skatter, osv– Livsstil, konsumtion, distansarbete, virtuella möten
• Påverka val av färdmedel– Styr över till järnväg, båt, cykel– Planering, trängselavgifter, kollektivtrafik
• Påverka val av teknik– Energieffektiva fordon– Koldioxidsnåla energibärare (el, vätgas,
biodrivmedel)
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Ekonomisk aktivitetRegional logistikintensitet= logistik kostnad/BNP bidrag
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Öka värdedensiteten
• Mindre luft i förpackningar– Primära– Sekundära– Transportförpackning– Ex. Ikea Glimma (31% färre
pallar)
• Dematerialisera– ”Tjänstefikation”– E-böcker, E-service
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
2.60 m wide and18 m longsince ......?
(or 25.25 m long)
EU?
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Containers,
Sizes and equipments
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Lund University / Department of Industrial Management and Logistics
Source – Gartner Group 2003
‘Gartner “Hype Cycle”
Lunds universitet, 2010-08-24