A total cost of ownership comparison of log truck decarbonization in pulp mills supply chain

Abstract

Global carbon dioxide (CO2) emissions from energy combustion and industrial processes have increased by more than 80% in the last 30 years. Many efforts are being made to set policies and international targets to reduce Greenhouse Gas Emissions (GHG). Globally, transport accounts for 30% of final energy consumption and still has only 4.1% based on renewable sources (REN21, 2023). Thus, decarbonization is a critical challenge, especially in long-distance heavy duties vehicles, as non-fossil fuel technologies are not mature enough for large-scale implementation. A broad list of alternative fuel technologies is being developed and gradually introduced, from ethanol, bioDiesel, Hydrotreated Vegetable Oil (HVO), biomethane, natural gas (compressed or liquified), electric hydrogen fuel cells, hybrids, and fully electric vehicles. The pulp and paper sector has the wood fibers from the planted forest as the primary and renewable power source, energy self-sufficiency, and generating surplus, usually sold to the market. On the other hand, Diesel consumption in log transportation is the highest in the pulp production chain. Therefore, this study analyzed the potential application of promising low-emission heavy-duty trucks for log transportation in a Brazilian pulp industry integrated into the pulp mill energy generation. Due to the uncertainty of several variables, a sensitivity analysis was performed to check costs and benefits using the Monte Carlo simulation. The results show the Electric truck option with lower Total Cost of Ownership (TCO) per kilometer, 1.52 USD/Km; gas options LNG, 1.59 USD/Km and CNG, 1.73 USD/Km; Diesel with 1.87 USD/Km and highest cost for Fuel Cell, with 2.02 USD/Km. The main inputs impacting the results were fuel costs and distance. Despite lower TCO, the Electric truck option has a negative Return on Investment (ROI), meaning the investment is higher than the benefits. The Liquified Natural Gas (LNG) solution was the only one that had a positive ROI. Although Electric Heavy Duty Truck (BEV) still does not have a positive ROI, it is the simplest solution to connect with energy from pulp mills and is expected to have the highest market share. Therefore, it can potentially be the first position in renewable truck options in pulp mill operations in the medium to long term.

As emissões globais de dióxido de carbono (CO2) provenientes da combustão de energia e de processos industriais aumentaram mais de 80% nos últimos 30 anos. Muitos esforços estão sendo feitos para definir políticas e metas internacionais para reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE). Globalmente, os transportes representam 30% do consumo final de energia e ainda têm apenas 4,1% baseados em fontes renováveis (REN21, 2023). Assim, a descarbonização é um desafio crítico, especialmente em veículos pesados de longa distância, uma vez que as tecnologias de combustíveis não fósseis não estão suficientemente maduras para implementação em larga escala. Uma vasta lista de tecnologias de combustíveis alternativos está a ser desenvolvida e gradualmente introduzida, desde etanol, biodiesel, óleo vegetal hidrotratado (HVO), biometano, gás natural (comprimido ou liquefeito), células eléctricas de hidrogénio, híbridos e veículos totalmente eléctricos. O setor de papel e celulose tem como fonte de energia primária e renovável as fibras de madeira da floresta plantada, autossuficiente em energia e geração de excedentes, geralmente vendidos ao mercado. Por outro lado, o consumo de Diesel no transporte de toras é o maior da cadeia produtiva de celulose. Portanto, este estudo analisou a aplicação potencial de caminhões pesados de baixa emissão para transporte de toras em uma indústria brasileira de celulose integrada à geração de energia da fábrica de celulose. Devido à incerteza de diversas variáveis, foi realizada uma análise de sensibilidade para verificar custos e benefícios utilizando a simulação de Monte Carlo. Os resultados mostram a opção de caminhão elétrico com menor Custo Total de Propriedade (TCO) por quilômetro, 1,52 USD/Km; opções de gás GNL, 1,59 USD/Km e GNV, 1,73 USD/Km; Diesel com 1,87 USD/Km e maior custo para Fuel Cell, com 2,02 USD/Km. As principais variáveis que impactaram os resultados foram custos de combustível e distância. Apesar do menor TCO, a opção de caminhão elétrico tem um retorno sobre o investimento (ROI) negativo, o que significa que o investimento é maior do que os benefícios. A solução de Gás Natural Liquefeito (GNL) foi a única que teve um ROI positivo. Embora o Caminhão Pesado Elétrico (BEV) ainda não tenha um ROI positivo, é a solução mais simples para conectar-se à energia das fábricas de celulose e espera-se que tenha a maior participação de mercado. Portanto, pode potencialmente ser a primeira posição entre as opções de caminhões com menor emissão, para operação em fábricas de celulose no médio e longo prazo.