ITALIANO

Per sostenere la ripresa economica degli stati membri dopo la crisi prodotta dalla pandemia del Covid-19, l'Unione Europea ha lanciato un programma di aiuti economici da 750 miliardi di euro, noto come Next Generation EU (NGEU) [1]. L'Italia ha aderito al programma proponendo il proprio Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) [2]. Il piano italiano è strutturato in 'Missioni', 'Componenti' e 'Investimenti' con una struttura ad albero. La 'Missione 2 - Rivoluzione verde e transizione ecologica' comprende la 'Componente M2C2 - Energie rinnovabili, idrogeno, rete e mobilità sostenibile', che comprende l'Investimento 3.3, ‘Sperimentazione dell'idrogeno per il trasporto stradale’, a cui sono destinati 230 milioni di euro, e l’investimento 3.4, ‘Sperimentazione dell'idrogeno per il trasporto ferroviario’, a cui sono destinati 300 milioni di euro. La linea di intervento 3.3 è interamente dedicata al trasporto merci su strada e consiste nell'installazione di 40 stazioni di rifornimento di idrogeno, situate in aree strategiche per il trasporto pesante su strada e lungo i percorsi più utilizzati dai veicoli per il trasporto merci a lungo raggio. L'obiettivo è quello di raggiungere un tasso di penetrazione dei veicoli merci a celle a combustibile del 5-7% entro il 2030, contribuendo così alla riduzione delle emissioni di gas serra. La linea di intervento 3.4 è dedicata al trasporto ferroviario, con l’obiettivo sostituire con treni alimentati a idrogeno i treni diesel che svolgono il servizio su diverse linee secondarie; l’intervento prevede di convertire circa 9 stazioni di rifornimento su 6 linee ferroviarie non elettrificate, dando priorità, nella localizzazione di queste stazioni, a quelle in aree dove siano possibili sinergie con le stazioni di rifornimento previste per i veicoli merci.

I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) usano l'idrogeno come combustibile per produrre elettricità per alimentare un motore elettrico. Le celle a combustibile permettono di ottenere elettricità dalla combinazione dell'idrogeno, immagazzinato a bordo del veicolo, con l'ossigeno. L'elettricità è prodotta, localmente, senza emettere CO2, ma solo vapore acqueo. I punti di forza e di debolezza di questa tecnologia applicata al settore trasporti possono essere riassunti come segue:

1) Punti di forza: zero emissioni allo scarico, sia di gas serra che di inquinanti; elevata autonomia del veicolo; tempi di rifornimento simili a quelli di un veicolo con carburante tradizionale; elevata durata delle celle a combustibile; l'idrogeno può essere prodotto utilizzando l'elettricità e, quindi, anche con l'utilizzo di fonti rinnovabili.

2) Punti di debolezza: costo elevato del veicolo, superiore anche a quello dei veicoli elettrici a batteria; numero limitato di stazioni di rifornimento; problemi di sicurezza del veicolo (elevata infiammabilità dell'idrogeno); minore efficienza energetica rispetto ai veicoli elettrici.

Gli FCEV non sono ancora molto comuni, anche se sono stati ampiamente testati [3]; le aree geografiche in cui sono più diffusi sono gli USA e l'Asia-Pacifico [4]. Le principali applicazioni degli FCEV sono per le autovetture, mentre solo più recentemente l'attenzione è rivolta ai veicoli per il trasporto merci [5, 6]. L'importanza del trasporto merci nella lotta al cambiamento climatico è stata evidenziata in [7] e un'analisi della fattibilità dell'uso dei FCEV per il trasporto merci si trova in [8]. Altre analisi riguardanti l'applicazione dei veicoli a idrogeno al trasporto merci si possono trovare in [9-15].

Recenti studi, ad esempio [16] e [17], hanno mostrato che le Fuel Cells Hydrogen risultano essere molto promettenti per sostituire la flotte di treni diesel con treni ad idrogeno ipotizzando un impiego di almeno il 30% entro il 2030 soprattutto nel caso del trasporto regionale. Inoltre, [18] ha mostrato come uno dei vantaggi dell’idrogeno può essere la sua produzione nei momenti di morbida della richiesta energetica, evitando di sovraccaricare la rete elettrica (cosa che avverrebbe nel caso di elettrificazione delle linee ferroviarie). [19] ha evidenziato come il sistema di trasporto privato anche nel caso di veicoli elettrici produce emissioni di gas serra per passeggero per kilometro superiori perfino ai treni ad alimentazione diesel. Ovviamente nel caso di treni ad idrogeno il divario sarebbe maggiore. [20] ha stimato i costi di realizzazione di una stazione di rifornimento con produzione on-site dell’idrogeno per alimentare una flotta di treni.

In letteratura, esiste un’ampia bibliografia sui problemi di localizzazione; due stati dell’arte sono riportati in [21] e [22]. Uno studio specifico sulle stazioni a idrogeno è riportato in [23].

ENGLISH

To support the economic recovery of member states after the crisis produced by the Covid-19 pandemic, the European Union has launched a € 750 billion economic aid program, known as Next Generation EU (NGEU) [1]. Italy joined the program by proposing its National Recovery and Resilience Plan (Italian acronym: PNRR) [2]. The Italian plan is structured in 'Missions', 'Components' and 'Investments' with a tree structure. 'Mission 2 - Green revolution and ecological transition' includes 'Component M2C2 - Renewable energies, hydrogen, grid and sustainable mobility', which includes Investment 3.3, 'Hydrogen testing for road transport', funded with 230 million Euros, and investment 3.4, 'Hydrogen testing for rail transport', funded with 300 million Euros. Line of intervention 3.3 is entirely dedicated to road freight transport and consists of the installation of 40 hydrogen refuelling stations, located in strategic areas for heavy road transport and along the routes most used by long-distance freight transport vehicles. The aim is to achieve a penetration rate of fuel cell freight vehicles of 5-7% by 2030, thus contributing to the reduction of greenhouse gas emissions.

Intervention line 3.4 is dedicated to rail transport, with the aim of replacing diesel trains that perform the service on various secondary lines with hydrogen-powered trains; the project involves converting about 9 refuelling stations onto 6 non-electrified railway lines, giving priority, to the location of these stations, to those in areas where synergies with the refuelling stations provided for freight vehicles are possible.

Fuel Cell Electric Vehicles (FCEVs) use hydrogen as a fuel to produce electricity to power an electric motor. Fuel cells make it possible to obtain electricity from the combination of hydrogen stored onboard the vehicle with oxygen. Electricity is produced locally, without emitting CO2, but only water vapour. The strengths and weaknesses of this technology applied to the transport sector can be summarized as follows:

1) Strengths: zero exhaust emissions, both greenhouse gases and pollutants; high vehicle autonomy; refuelling times similar to those of a vehicle with traditional fuel; high durability of fuel cells; hydrogen can be produced using electricity and, therefore, also with the use of renewable sources.

2) Weaknesses: the high cost of the vehicle, even higher than that of battery electric vehicles; a limited number of refuelling stations; vehicle safety problems (high flammability of hydrogen); lower energy efficiency than electric vehicles.

FCEVs are not yet very common, although they have been extensively tested [3]; the geographic areas in which they are most common are the USA and Asia-Pacific [4]. The main applications of the FCEVs are for passenger cars, while only more recently has the focus been on freight transport vehicles [5, 6]. The importance of freight transport in the fight against climate change has been highlighted in [7] and an analysis of the feasibility of using FCEVs for freight transport can be found in [8]. Other analyzes concerning the application of hydrogen vehicles to freight transport can be found in [9-15].

Recent studies, for example [16] and [17], have shown that Hydrogen Fuel Cells appear to be very promising to replace the fleet of diesel trains with hydrogen trains assuming the use of at least 30% by 2030, especially in the case of regional transport.

Furthermore, [18] showed how one of the advantages of hydrogen can be its production in moments of off-peak energy demand, avoiding overloading the electricity network (which would happen in the case of electrification of railway lines). [19] highlighted how the private transport system, even in the case of electric vehicles, produces emissions of greenhouse gases per passenger per kilometre even higher than diesel-powered trains. Obviously, in the case of hydrogen trains, the gap would be greater. [20] estimated the costs of building a refuelling station with on-site production of hydrogen to power a fleet of trains.

In the literature, there is an extensive bibliography on localization problems; two states of the art are shown in [21] and [22]. A specific study on hydrogen stations is reported in [23].

REFERENCES

[1] European Commission, NextGenerationEU: Next steps for RRF, 2020. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_20_1658 [Last access 18/02/2022].

[2] Italia Domani, Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, 2021. https://www.governo.it/sites/governo.it/files/PNRR.pdf [Last access 18/02/2022].

[3] I. Alvarez-Meaza, E. Zarrabeitia-Bilbao, R.M. Rio-Belver, and G. Garechana-Anacabe, “Fuel-Cell Electric Vehicles: Plotting a Scientific and Technological Knowledge Map,” Sustainability, vol. 12, article n. 2334, 2020.

[4] V. Cigolotti, and M. Genovese, Stationary fuel cell applications: tracking market trends, IEA Technology Collaboration Programme, Advanced Fuel Cell, 2021. https://www.ieafuelcell.com/fileadmin/publications2021/2021_AFCTCP_Stationary_Application_MarketTrend.pdf [Last access 18/02/2022].

[5] T. Meyer, “Decarbonizing road freight transportation – A bibliometric and network analysis,” Transport. Res. D-TR. E., vol. 89, pp. 1-17, 2020.

[6] J.L. Breuer, R.C. Samsun, D. Stolten, and R. Peters, “How to reduce the greenhouse gas emissions and air pollution caused by light and heavy duty vehicles with battery-electric, fuel cell-electric and catenary trucks,” Environment International, vol. 152, article n. 106474, 2021.

[7] S. Carrara, and T. Longden, “Freight futures: The potential impact of road freight on climate policy,” Transport. Res. D-TR. E., vol. 55, pp. 359-372, 2017.

[8] K. Forrest, M.M. Kinnon, B. Tarroja, and S. Samuelsen, “Estimating the technical feasibility of fuel cell and battery electric vehicles for the medium and heavy duty sectors in California,” Applied Energy, vol. 276, article n. 115439, 2020.

[9] J.C. Gonzalez Palencia, M. Araki and S. Shiga, “Energy consumption and CO2 emissions reduction potential of electric-drive vehicle diffusion in a road freight vehicle fleet,” Energy Procedia, vol. 142, pp. 2936-2941, 2017.

[10] P. Moriarty, and D. Honnery, “Prospects for hydrogen as a transport fuel,” Int. J. Hydrogen Energ., vol. 44, pp. 16029-16037, 2019.

[11] E. Çabukoglu, G. Georges, L. Küng, G. Pareschi, and K. Boulouchos, “Fuel cell electric vehicles: An option to decarbonize heavy-duty transport? Results from a Swiss case-study,” Transport. Res. D-TR. E., vol. 70, pp. 35-48, 2019.

[12] F. Liu, D.L. Maurezall, F. Zhao, and H. Hao, “Deployment of fuel cell vehicles in China: Greenhouse gas emission reductions from converting the heavy-duty truck fleet from diesel and natural gas to hydrogen,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, pp. 17982-17997, 2021.

[13] A. Mane, B. Djordjevic, and B. Ghosh, “A data-driven framework for incentivising fuel-efficient driving behaviour in heavy-duty vehicles,” Transport. Res. D-TR. E., vol. 95, article n. 102845, 2021.

[14] R. Nugroho, P.K. Rose, T. Gnann, and M. Wei, “Cost of a potential hydrogen-refueling network for heavy-duty vehicles with long-haul application in Germany 2050," Int. J. Hydrogen Energ., vol. 46, pp. 35459-35478, 2021.

[15] B. Noll, S. del Val, T.S. Schmidt, and B. Steffen, “Analyzing the competitiveness of low-carbon drive-technologies in road-freight: A total cost of ownership analysis in Europe,” Applied Energy, vol. 306, article n. 118079, 2022.

[16] Y. Ruf, T. Zorn, P.A. De Neve, P. Andrae, S. Erofeeva, and F. Garrison, “Study on the use of Fuel Cells & Hydrogen in the railway environment. Report 1: State of the art & business case and market potential” Technical Report, Shift2Rail Joint Undertaking and Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, 2019.

[17] Y. Sun, M. Anwar, N.H.S. Hassan, M. Spiryagin, and C. Cole, “A review of hydrogen technologies and engineering solutions for railway vehicle design and operations,” Railway Engineering Science, vol 29, pp. 212-232, 2021.

[18] M.H. Akhoundzadeh, K. Raahemifar, S. Panchal, E. Samadani, E. Hangi, R. Fraser, and M. Fowler, “A conceptualized hydrail powertrain: A case study of the Union Pearson Express Route,” World Electric Vehicle Journal, vol. 10, pp. 1-14, 2019.

[19] K.G. Logan, J.D. Nelson, B.C. McLellan, and A. Hastings, “Electric and hydrogen rail: Potential contribution to net zero in the UK,” Transport. Res. D-TR. E., vol. 87, pp. 1-16, 2020.

[20] C.F. Guerra, L. Reyes-Bozo, E. Vyhmeister, J.L. Salazar, M.J. Caparros, and C. Clemente-Jul, “Sustainability of hydrogen refuelling stations for trains using electrolysers,” Int. J. Hydrogen Energ., vol. 46, pp. 13748-13759, 2021.

[21] R. Church, C. ReVelle, “The maximal covering location problem.” Papers of the regional science association, vol. 32. Springer; 1974. pp. 101-118.

[22] N. Mladenovic, J. Brimberg, P. Hansen, J.A. Moreno-Perez, “The p-median problem: a survey of metaheuristic approaches.” Eur J Oper Res 2007, 179, pp. 927-939.

[23] R. Lin, Z. Ye, Z. Guo, B. Wu, “Hydrogen station location optimization based on multiple data sources,” Int. J. Hydrogen Energ., 45, 2020, pp. 10270-10279.

ITALIANO

Per sostenere la ripresa economica degli stati membri dopo la crisi prodotta dalla pandemia del Covid-19, l'Unione Europea ha lanciato un programma di aiuti economici da 750 miliardi di euro, noto come Next Generation EU (NGEU) [1]. L'Italia ha aderito al programma proponendo il proprio Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) [2]. Il piano italiano è strutturato in 'Missioni', 'Componenti' e 'Investimenti' con una struttura ad albero. La 'Missione 2 - Rivoluzione verde e transizione ecologica' comprende la 'Componente M2C2 - Energie rinnovabili, idrogeno, rete e mobilità sostenibile', che comprende l'Investimento 3.3, ‘Sperimentazione dell'idrogeno per il trasporto stradale’, a cui sono destinati 230 milioni di euro, e l’investimento 3.4, ‘Sperimentazione dell'idrogeno per il trasporto ferroviario’, a cui sono destinati 300 milioni di euro. La linea di intervento 3.3 è interamente dedicata al trasporto merci su strada e consiste nell'installazione di 40 stazioni di rifornimento di idrogeno, situate in aree strategiche per il trasporto pesante su strada e lungo i percorsi più utilizzati dai veicoli per il trasporto merci a lungo raggio. L'obiettivo è quello di raggiungere un tasso di penetrazione dei veicoli merci a celle a combustibile del 5-7% entro il 2030, contribuendo così alla riduzione delle emissioni di gas serra. La linea di intervento 3.4 è dedicata al trasporto ferroviario, con l’obiettivo sostituire con treni alimentati a idrogeno i treni diesel che svolgono il servizio su diverse linee secondarie; l’intervento prevede di convertire circa 9 stazioni di rifornimento su 6 linee ferroviarie non elettrificate, dando priorità, nella localizzazione di queste stazioni, a quelle in aree dove siano possibili sinergie con le stazioni di rifornimento previste per i veicoli merci.

I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) usano l'idrogeno come combustibile per produrre elettricità per alimentare un motore elettrico. Le celle a combustibile permettono di ottenere elettricità dalla combinazione dell'idrogeno, immagazzinato a bordo del veicolo, con l'ossigeno. L'elettricità è prodotta, localmente, senza emettere CO2, ma solo vapore acqueo. I punti di forza e di debolezza di questa tecnologia applicata al settore trasporti possono essere riassunti come segue:

1) Punti di forza: zero emissioni allo scarico, sia di gas serra che di inquinanti; elevata autonomia del veicolo; tempi di rifornimento simili a quelli di un veicolo con carburante tradizionale; elevata durata delle celle a combustibile; l'idrogeno può essere prodotto utilizzando l'elettricità e, quindi, anche con l'utilizzo di fonti rinnovabili.

2) Punti di debolezza: costo elevato del veicolo, superiore anche a quello dei veicoli elettrici a batteria; numero limitato di stazioni di rifornimento; problemi di sicurezza del veicolo (elevata infiammabilità dell'idrogeno); minore efficienza energetica rispetto ai veicoli elettrici.

Gli FCEV non sono ancora molto comuni, anche se sono stati ampiamente testati [3]; le aree geografiche in cui sono più diffusi sono gli USA e l'Asia-Pacifico [4]. Le principali applicazioni degli FCEV sono per le autovetture, mentre solo più recentemente l'attenzione è rivolta ai veicoli per il trasporto merci [5, 6]. L'importanza del trasporto merci nella lotta al cambiamento climatico è stata evidenziata in [7] e un'analisi della fattibilità dell'uso dei FCEV per il trasporto merci si trova in [8]. Altre analisi riguardanti l'applicazione dei veicoli a idrogeno al trasporto merci si possono trovare in [9-15].

Recenti studi, ad esempio [16] e [17], hanno mostrato che le Fuel Cells Hydrogen risultano essere molto promettenti per sostituire la flotte di treni diesel con treni ad idrogeno ipotizzando un impiego di almeno il 30% entro il 2030 soprattutto nel caso del trasporto regionale. Inoltre, [18] ha mostrato come uno dei vantaggi dell’idrogeno può essere la sua produzione nei momenti di morbida della richiesta energetica, evitando di sovraccaricare la rete elettrica (cosa che avverrebbe nel caso di elettrificazione delle linee ferroviarie). [19] ha evidenziato come il sistema di trasporto privato anche nel caso di veicoli elettrici produce emissioni di gas serra per passeggero per kilometro superiori perfino ai treni ad alimentazione diesel. Ovviamente nel caso di treni ad idrogeno il divario sarebbe maggiore. [20] ha stimato i costi di realizzazione di una stazione di rifornimento con produzione on-site dell’idrogeno per alimentare una flotta di treni.

In letteratura, esiste un’ampia bibliografia sui problemi di localizzazione; due stati dell’arte sono riportati in [21] e [22]. Uno studio specifico sulle stazioni a idrogeno è riportato in [23].Il progetto di ricerca ha per obiettivo generale l’allocazione ottimale delle risorse previste dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) per quanto attiene l’utilizzo dell’idrogeno nel settore dei trasporti. Il PNRR prevede, in particolare, degli investimenti per il settore del trasporto delle merci e degli investimenti per il settore del trasporto ferroviario. In entrambi i casi, gli investimenti riguardano la predisposizione di stazioni di rifornimento, lungo i principali itinerari di lunga percorrenza percorsi dai veicoli merci nel caso stradale e in corrispondenza di stazioni ferroviarie di linee non elettrificate nel caso ferroviario. Nel PNRR si parla esplicitamente di “sperimentazione”, per cui le risorse previste possono essere viste come un primo passo verso una maggiore diffusione dell’idrogeno nel settore dei trasporti.

Le risorse previste consentirebbero di installare 40 stazioni di rifornimento per il trasporto stradale e 9 per il trasporto ferroviario (in corrispondenza di 6 linee non elettrificate). Il successo della sperimentazione e gli effetti che essa potrà avere sull’effettiva diffusione dell’idrogeno per la trazione dipenderanno anche da una corretta allocazione delle risorse previste. Il progetto di ricerca si propone di ottimizzare la localizzazione delle stazioni di rifornimento in entrambi i campi, utilizzando modelli e metodi scientifici, con l’obiettivo di massimizzare l’utilizzo dell’idrogeno e la sua diffusione e, conseguentemente, massimizzare gli impatti positivi su consumi ed emissioni di gas climalteranti.

Per raggiungere gli obiettivi previsti, si proporranno e si utilizzeranno modelli e metodi dei settori dell’Ingegneria dei Sistemi di Trasporto e della Ricerca Operativa.

I principali risultati che il progetto si propone di raggiungere sono:

R1) Individuazione ottimale delle 6 linee di trasporto ferroviario non elettrificate su cui introdurre i treni alimentati ad idrogeno;

R2) Localizzazione ottimale delle 9 stazioni di rifornimento per il trasporto ferroviario, anche in sinergia con le stazioni previste per il trasporto stradale.

R3) Stima dell’impatto, in termini di riduzione di emissioni di gas serra e consumi, dell’utilizzo dei treni a idrogeno conseguente alla localizzazione ottimale.

R4) Localizzazione ottimale delle 40 stazioni di rifornimento lungo la rete stradale principale nazionale, anche in sinergia con le stazioni previste per il trasporto ferroviario.

R5) Stima dell’impatto, in termini di riduzione di emissioni di gas serra e consumi, della penetrazione nel mercato dei veicoli merci a celle a combustibile conseguente alla localizzazione ottimale.

R6) Stima degli effetti a lungo termine in diversi scenari di diffusione dell’idrogeno per il trasporto stradale merci e per il trasporto ferroviario.

Le metodologie utilizzate saranno basate sulle risultanze (risultato R0) dell’analisi dello stato dell’arte sull’utilizzo dell’idrogeno in ferrovia e nel trasporto stradale, e sulle metodologie di localizzazione ottimale.

I risultati raggiunti nell’ambito della presente ricerca saranno diffusi mediante la loro presentazione a convegni nazionali e internazionali, pubblicazione su riviste nazionali e internazionali con l’adozione di una politica di open-access e mediante l’organizzazione di un evento finale (workshop) per la diffusione dei risultati rilevanti dell’intera ricerca.

ENGLISH

The research project has as its general objective the optimal allocation of resources provided for by the Italian National Recovery and Resilience Plan (Italian acronym: PNRR) as regards the use of hydrogen in the transport sector. The PNRR foresees, in particular, investments in the freight transport sector and investments in the railway transport sector. In both cases, the investments concern the preparation of refuelling stations along the main long-distance routes travelled by freight vehicles in the case of road and correspondence with railway stations of non-electrified lines in the railway case. The PNRR explicitly speaks of "experimentation", so the resources provided can be seen as the first step towards greater diffusion of hydrogen in the transport sector.

The foreseen resources would make it possible to install 40 refuelling stations for road transport and 9 for rail transport (corresponding to 6 non-electrified lines). The success of the experimentation and the effects it may have on the actual diffusion of hydrogen for traction will also depend on a correct allocation of the foreseen resources. The research project aims to optimize the location of the refuelling stations in both fields, using scientific models and methods, with the aim of maximising the use of hydrogen and its diffusion and, consequently, maximising the positive impacts on greenhouse gas consumption and emissions.

To achieve the expected objectives, models and methods from the Transportation Systems Engineering and Operations Research sectors will be proposed and used.

The main results that the project aims to achieve are:

R1) Optimal identification of the 6 non-electrified railway lines on which to introduce hydrogen-powered trains;

R2) Optimal location of the 9 refuelling stations for rail transport, also in synergy with the stations planned for road transport.

R3) Estimation of the impact, in terms of reduction of greenhouse gas emissions and consumption, of the use of hydrogen trains resulting from the optimal location.

R4) Optimal location of the 40 refuelling stations along with the main national road network, also in synergy with the stations planned for rail transport.

R5) Estimation of the impact, in terms of reduction of greenhouse gas emissions and consumption, of the market penetration of fuel cell freight vehicles resulting from the optimal location.

R6) Estimation of the long-term effects in different hydrogen diffusion scenarios for road freight and rail transport.

The methodologies used will be based on the results (result R0) of the analysis of the state of the art in the use of hydrogen in railways and road transport, and optimal localization methodologies.

The results achieved in the context of this research will be disseminated through their presentation at national and international conferences, publication in national and international journals with the adoption of an open-access policy and through the organization of a final event (workshop) for the dissemination of the relevant results of the entire research.

ITALIANO

Il progetto di ricerca è articolato su 2 linee principali. Una linea (L1) affronterà il problema dell’individuazione ottimale delle linee ferroviarie non elettrificate da convertire all’idrogeno e della localizzazione ottimale, su esse, delle stazioni di rifornimento, e l’altra linea (L2) affronterà il problema della localizzazione ottimale delle stazioni di rifornimento sulla rete stradale nazionale.

La linea L1 sarà sviluppata dall’Unità di Ricerca dell’Università di Napoli Federico II (UNINA) e la linea L2 dall’Unità di Ricerca dell’Università del Sannio (UNISANNIO). La collaborazione tra le due U.O. sarà molto stretta, perché diverse metodologie di localizzazione ottimale e allocazione delle risorse sono comuni ed utilizzabili per entrambi i problemi.

Più nel dettaglio, le attività principali saranno articolate e svolte dalle Unità di Ricerca secondo 8 Work Packages come di seguito descritto:

WP1: Coordinamento del progetto

WP2: Analisi dello stato dell’arte

WP3: Modellazione della rete ferroviaria italiana

WP4: Modellazione del trasporto merci su strada in Italia

WP5: Proposta e formulazione dei modelli

WP6: Applicazione dei modelli

WP7: Stima degli effetti e prospettive di sviluppo

WP8: Disseminazione dei risultati

In dettaglio, il WP1 (Coordinamento del progetto), coordinato da UNINA, di propone di gestire il coordinamento tra le due UR e l’aggiornamento continuo sullo stato di avanzamento delle attività di ricerca. In particolare, ci si assicurerà che la tempistica del progetto venga rispettata e che i responsabili dei differenti WP seguano le scadenze previste dal progetto. Si provvederà, infine ad organizzare e gestire riunioni e a condividere il materiale di ricerca.

Il WP2 (Analisi dello stato dell’arte), coordinato da UNINA, prevede l'analisi dello stato dell'arte dell'uso dell'idrogeno per la trazione ferroviaria e stradale. Verrà inoltre affrontato lo stato dell'arte relativo a modelli e metodi per la localizzazione ottimale degli impianti. (Risultato della ricerca R0).

Il WP3 (Modellazione della rete ferroviaria italiana), coordinato da UNINA, prevede l'analisi della rete ferroviaria italiana al fine di identificare le 6 linee ferroviarie non elettrificate candidate (secondo il PNRR) su cui implementare soluzioni Fuel Cells Hydrogen.

Il WP4 (Modellazione del trasporto merci su strada in Italia), coordinato da UNISANNIO, prevede la costruzione di un modello di offerta della rete stradale principale nazionale e la relativa stima dei flussi di traffico merci al fine di poter applicare le tecniche di localizzazione per l'identificazione delle 40 stazioni di rifornimento previste dal PNRR.

Il WP5 (Proposta e formulazione dei modelli), coordinato da UNINA, prevede la proposta e la formulazione di modelli per la selezione delle linee da convertire a idrogeno, l'ubicazione delle stazioni di rifornimento per il trasporto ferroviario e l'ubicazione delle stazioni di rifornimento per il trasporto merci su strada.

Il WP6 (Applicazione dei modelli), coordinato da UNISANNIO, prevede l'applicazione dei modelli sviluppati nel WP5 al fine di individuare le 6 linee ferroviarie (previste dal PNRR) da convertire a idrogeno (risultato della ricerca R1), dove posizionare le 9 stazioni di rifornimento (previste dal PNRR) per trasporto ferroviario (risultato ricerca R2) e dove posizionare le 40 stazioni di rifornimento (previste dal PNRR) per il trasporto merci su strada (risultato ricerca R4). Si propone inoltre un'ottimizzazione congiunta del trasporto merci su strada e del trasporto ferroviario.

Il WP7 (Stima degli effetti e prospettive di sviluppo), coordinato da UNISANNIO, prevede l'analisi e la stima degli effetti in termini di riduzione dei consumi e delle emissioni di gas serra dovuti all'introduzione dei sistemi di trazione a idrogeno (risultati della ricerca R3 e R5). Inoltre, vengono fornite alcune prospettive di sviluppo a lungo termine per l'uso dell'idrogeno per la trazione (risultato della ricerca R6).

Infine, il WP8 (Disseminazione dei risultati), coordinato da UNINA, prevede la presentazione dei risultati della ricerca a convegni nazionali ed internazionali, la pubblicazione dei risultati su riviste nazionali ed internazionali con l'adozione di politiche di open access e l'organizzazione di un evento finale (workshop) per la divulgazione dei risultati rilevanti dell’intera ricerca.

ENGLISH

The research project is articulated on 2 main lines. One line (L1) will address the problem of optimally identifying non-electrified railway lines to be converted to hydrogen and the optimal location, on them, of the refuelling stations. and the other line (L2) will address the problem of the optimal location of refuelling stations on the national road network.

Line L1 will be developed by the Research Unit of the University of Naples Federico II (UNINA) and line L2 by the Research Unit of the University of Sannio (UNISANNIO). The collaboration between the two RUs will be very narrow because different methods of optimal localization and resource allocation are common and usable for both problems.

More in detail, the main activities will be articulated and carried out by the Research Units according to 8 Work Packages as described below:

WP1: Project coordination

WP2: Analysis of the state of the art

WP3: Modelling of the Italian railway network

WP4: Modelling of the Italian road freight transport

WP5: Models proposal and formulation

WP6: Model applications

WP7: Effect estimation and development prospects

WP8: Dissemination of the results

In detail, WP1 (Project coordination), coordinated by UNINA, proposes to manage the coordination between the two RUs and the continuous updating of the progress of the research activities. In particular, it will be ensured that the timing of the project is respected and that the managers of the different WPs follow the deadlines set by the project. Finally, meetings will be organized and managed, and research material shared.

WP2 (Analysis of the state of the art), coordinated by UNINA, involves the analysis of the state of the art of the use of hydrogen for railway and road traction. Moreover, the state of the art concerning models and methods for the optimal localization of facilities will be dealt with. (Research result R0)

WP3 (Modelling of the Italian railway network), coordinated by UNINA, involves the analysis of the Italian railway network to identify the 6 candidate non-electrified railway lines (according to the PNRR) on which implement Fuel Cells Hydrogen solutions.

WP4 (Modelling of the Italian road freight transport), coordinated by UNISANNIO, involves the construction of a supply model of the main national road network and the related freight traffic flow estimation to be able to apply the localisation techniques for the identification of the 40 refuelling stations planned by the PNRR.

WP5 (Models proposal and formulation), coordinated by UNINA, involves the proposal and the formulation of models to select the lines to be converted to hydrogen, the location of refuelling stations for railway transport and the location of refuelling stations for road freight transport.

WP6 (Model applications), coordinated by UNISANNIO, involves the application of the models developed in WP5 to identify the 6 railway lines (envisaged by the PNRR) to be converted to hydrogen (research result R1), where to position the 9 refuelling stations (envisaged by the PNRR) for rail transport (research result R2) and where to position the 40 refuelling stations (envisaged by the PNRR) for road freight transport (research result R4). A joint optimization of road freight transport and rail transport is also proposed.

WP7 (Effect estimation and development prospects), coordinated by UNISANNIO, involves the analyses and estimations of the effects in terms of reduction in consumption and greenhouse gas emissions due to the introduction of hydrogen traction systems (research results R3 and R5). Moreover, some long-term development prospects for the use of hydrogen for traction are provided (research result R6).

Finally, the WP8 (Dissemination of results), coordinated by UNINA, involves the presentation of the research results at national and international conferences, the publication of the results in national and international journals with the adoption of an open-access policy and the organization of a final event (workshop) for the dissemination of the relevant results of the entire research.