Strategies and procedures for the development of intermodal freight transport in Europe: the role of motorways of the sea services and railway terminals

Since the birth of the European Union on 1957, the development of a single market through the integration of national freight transport networks has been one of the most important points in the European Union agenda. Increasingly congested motorways, rising oil prices and concerns about environment and climate change require the optimization of transport systems and transport processes. The best solution should be the intermodal transport, in which the most efficient transport options are used for the different legs of transport. This thesis examines the problem of defining innovative strategies and procedures for the sustainable development of intermodal freight transport in Europe. In particular, the role of maritime transport and railway transport in the intermodal chain are examined in depth, as these modes are recognized to be environmentally friendly and energy efficient. Maritime transport is the only mode that has kept pace with the fast growth in road transport, but it is necessary to promote the full exploitation of it by involving short sea shipping as an integrated service in the intermodal door-to-door supply chain and by improving port accessibility. The role of Motorways of the Sea services as part of the Trans-European Transport Network is is taken into account: a picture of the European policy and a state of the art of the Italian Motorways of the Sea system are reported. Afterwards, the focus shifts from line to node problems: the role of intermodal railway terminals in the transport chain is discussed. In particular, the last mile process is taken into account, as it is crucial in order to exploit the full capacity of an intermodal terminal. The difference between the present last mile planning models of Bologna Interporto and Verona Quadrante Europa is described and discussed. Finally, a new approach to railway intermodal terminal planning and management is introduced, by describing the case of "Terminal Gate" at Verona Quadrante Europa. Some proposals to favour the integrate management of "Terminal Gate" and the allocation of its capacity are drawn up.

La razionalizzazione del trasporto merci su strada

Il presente lavoro, senza alcuna pretesa di esaustività, ha inteso ricostruire il quadro normativo relativo alla disciplina dell’autotrasporto merci su strada. In primis, ci si è soffermata sugli aspetti generali del settore, approfondendo, in seguito, la normativa europea e nazionale. Tale excursus, ha permesso di riscontrare i molteplici interventi legislativi susseguitisi in ambito di regolamentazione dell’autotrasporto merci su strada, evidenziando i passaggi più significativi in tema di riordino della disciplina. Si è pertanto proceduto all’analisi del primo importante intervento legislativo del settore, intercorso ad opera della Legge n. 298/1974, disciplinante gli aspetti di natura pubblicistica del settore. Tale provvedimento, ha un apposito Albo Nazionale per gli autotrasportatori di merci per conto terzi, identificando i requisiti necessari per l’accesso al mercato e l’esercizio della professione di autotrasportatore di cose in conto terzi. Importati novità vengono introdotte con il D.lgs. 286/2005, provvedimento che ha portato al raggiungimento del processo di liberalizzazione del mercato. Successivamente si è proceduto a riscontrare l’intensa produzione normativa, posta a regolamentazione del settore, che nella ricerca di un equilibrio tra esigenze di mercato e corretto esercizio dell’attività di autotrasporto, si propone di addivenire al raggiungimento degli obiettivi comunitari di armonizzazione della disciplina e qualificazione del settore dell’autotrasporto. Significativi, in tal senso, i recenti interventi di riforma posti in essere con il “Pacchetto comunitario del 21 ottobre 2009” ( Regolamento (CE) 1071/2009 e Regolamento (CE) 1072/2009. Da ultimo, al fine di verificare le eventuali debolezze del sistema normativo vigente, in relazione al raggiungimento degli obiettivi comunitari suesposti, si è ritenuto di indirizzare la ricerca verso un’attenta valutazione dell’efficienza dei modelli di trasporto merci su strada, verificandone l’impatto in termini di maggior incidenza sui costi esterni derivanti dal trasporto. A tal proposito, particolare attenzione è stata rivolta anche alla disciplina del trasporto in conto proprio.

LCA-GIS Integrated approach for a Sustainable Land Use Under Energy Crops

In genere, negli studi di vocazionalità delle colture, vengono presi in considerazione solo variabili ambientali pedo-climatiche. La coltivazione di una coltura comporta anche un impatto ambientale derivante dalle pratiche agronomiche ed il territorio può essere più o meno sensibile a questi impatti in base alla sua vulnerabilità. In questo studio si vuole sviluppare una metodologia per relazionare spazialmente l’impatto delle colture con le caratteristiche sito specifiche del territorio in modo da considerare anche questo aspetto nell’allocazione negli studi di vocazionalità. LCA è stato utilizzato per quantificare diversi impatti di alcune colture erbacee alimentari e da energia, relazionati a mappe di vulnerabilità costruite con l’utilizzo di GIS, attraverso il calcolo di coefficienti di rischio di allocazione per ogni combinazione coltura-area vulnerabile. Le colture energetiche sono state considerate come un uso alternativo del suolo per diminuire l’impatto ambientale. Il caso studio ha mostrato che l’allocazione delle colture può essere diversa in base al tipo e al numero di impatti considerati. Il risultato sono delle mappe in cui sono riportate le distribuzioni ottimali delle colture al fine di minimizzare gli impatti, rispetto a mais e grano, due colture alimentari importanti nell’area di studio. Le colture con l’impatto più alto dovrebbero essere coltivate nelle aree a vulnerabilità bassa, e viceversa. Se il rischio ambientale è la priorità, mais, colza, grano, girasole, e sorgo da fibra dovrebbero essere coltivate solo nelle aree a vulnerabilità bassa o moderata, mentre, le colture energetiche erbacee perenni, come il panico, potrebbero essere coltivate anche nelle aree a vulnerabilità alta, rappresentando cosi una opportunità per aumentare la sostenibilità di uso del suolo rurale. Lo strumento LCA-GIS inoltre, integrato con mappe di uso attuale del suolo, può aiutare a valutarne il suo grado di sostenibilità ambientale.

Advanced lithium battery chemistries for sustainable transportation

The specific energy of lithium-ion batteries (LIBs) is today 200 Wh/kg, a value not sufficient to power fully electric vehicles with a driving range of 400 km which requires a battery pack of 90 kWh. To deliver such energy the battery weight should be higher than 400 kg and the corresponding increase of vehicle mass would narrow the driving range to 280 km. Two main strategies are pursued to improve the energy of the rechargeable lithium batteries up to the transportation targets. The first is the increase of LIBs working voltage by using high-voltage cathode materials. The second is the increase of battery capacity by the development of a cell chemistry where oxygen redox reaction (ORR) occurs at the cathode and metal lithium is the anode (Li/O2 battery). This PhD work is focused on the development of high-voltage safe cathodes for LIBs, and on the investigation of the feasibility of Li/O2 battery operating with ionic liquid(IL)-based electrolytes. The use of LiMn1-xFexPO4 as high-voltage cathode material is discussed. Synthesis and electrochemical tests of three different phosphates, more safe cathode materials than transition metal oxides, are reported. The feasibility of Li/O2 battery operating in IL-based electrolytes is also discussed. Three aspects have been investigated: basic aspects of ORR, synthesis and characterization of porous carbons as positive electrode materials and study of limiting factors to the electrode capacity and cycle-life. Regarding LIBs, the findings on LiMnPO4 prepared by soluble precursors demonstrate that a good performing Mn-based olivine is viable without the coexistence of iron. Regarding Li/O2 battery, the oxygen diffusion coefficient and concentration values in different ILs were obtained. This work highlighted that the O2 mass transport limits the Li/O2 capacity at high currents; it gave indications on how to increase battery capacity by using a flow-cell and a porous carbon as cathode.

Charge transport properties of organic conjugated polymers for photovoltaic applications

Charge transport in conjugated polymers as well as in bulk-heterojunction (BHJ) solar cells made of blends between conjugated polymers, as electron-donors (D), and fullerenes, as electron-acceptors (A), has been investigated. It is shown how charge carrier mobility of a series of anthracene-containing poly(p-phenylene-ethynylene)-alt-poly(p-phenylene-vinylene)s (AnE-PVs) is highly dependent on the lateral chain of the polymers, on a moderate variation of the macromolecular parameters (molecular weight and polydispersity), and on the processing conditions of the films. For the first time, the good ambipolar transport properties of this relevant class of conjugated polymers have been demonstrated, consistent with the high delocalization of both the frontier molecular orbitals. Charge transport is one of the key parameters in the operation of BHJ solar cells and depends both on charge carrier mobility in pristine materials and on the nanoscale morphology of the D/A blend, as proved by the results here reported. A straight correlation between hole mobility in pristine AnE-PVs and the fill factor of the related solar cells has been found. The great impact of charge transport for the performance of BHJ solar cells is clearly demonstrated by the results obtained on BHJ solar cells made of neat-C70, instead of the common soluble fullerene derivatives (PCBM or PC70BM). The investigation of neat-C70 solar cells was motivated by the extremely low cost of non-functionalized fullerenes, compared with that of their soluble derivatives (about one-tenth). For these cells, an improper morphology of the blend leads to a deterioration of charge carrier mobility, which, in turn, increases charge carrier recombination. Thanks to the appropriate choice of the donor component, solar cells made of neat-C70 exhibiting an efficiency of 4.22% have been realized, with an efficiency loss of just 12% with respect to the counterpart made with costly PC70BM.