Policy, Implica-on, and Applica-on: Unintended Consequences - - PowerPoint PPT Presentation

Policy, ¡Implica-on, ¡and ¡Applica-on: ¡ Unintended ¡Consequences ¡of ¡Load ¡ Consolida-on ¡in ¡Urban ¡Areas ¡

Samer ¡Madanat, ¡Nakul ¡Sathaye, ¡Arpad ¡Horvath ¡

Ins-tute ¡of ¡Transporta-on ¡Studies ¡ Department ¡of ¡Civil ¡and ¡Environmental ¡Eng. ¡ University ¡of ¡California, ¡Berkeley ¡ ¡ ¡

1 ¡

Outline ¡

• Truck ¡Load ¡Increases ¡

– Methodology ¡

• Transporta-on ¡Data ¡
• Environmental ¡Data ¡

– Results ¡ – Policy ¡Implica-ons ¡

• Based ¡on ¡paper: ¡

Sathaye ¡N., ¡Horvath ¡A. ¡and ¡Madanat ¡S., ¡“Unintended ¡impacts ¡of ¡ increased ¡truck ¡loads ¡on ¡pavement ¡supply-­‑chain ¡emissions.” ¡ Transporta)on ¡Research ¡A, ¡Vol. ¡44, ¡pp ¡1-­‑15, ¡2010 ¡

2 ¡

Impacts ¡of ¡Freight ¡Movement ¡

• Freight ¡vehicle ¡emissions ¡impacts ¡on ¡human ¡health ¡in ¡

California ¡cost ¡over ¡$500 ¡million ¡per ¡year ¡Source: ¡CARB ¡(2006) ¡

• PM ¡emissions ¡from ¡trucks ¡in ¡California ¡cause ¡about ¡1500 ¡

premature ¡deaths ¡per ¡year ¡Source: ¡CARB ¡(2006) ¡ ¡

• PM ¡emissions ¡from ¡trucks ¡in ¡Oakland ¡cause ¡a ¡cancer ¡rate ¡of ¡

about ¡844 ¡per ¡1 ¡million ¡residents ¡Source: ¡BAAQMD ¡(2008) ¡

• Trucking ¡causes ¡about ¡14% ¡of ¡GHG ¡emissions ¡in ¡the ¡Bay ¡Area ¡

and ¡6% ¡of ¡global ¡emissions ¡Sources: ¡BAAQMD ¡(2006), ¡IPCC ¡(2007) ¡

• About ¡1% ¡of ¡GHG ¡emissions ¡can ¡be ¡a_ributed ¡to ¡the ¡supply-­‑

chain ¡for ¡highway ¡maintenance ¡ac-vi-es ¡in ¡the ¡US ¡

3 ¡

Implementa-ons ¡of ¡Policies ¡to ¡ Increase ¡Loads ¡

• Public ¡Freight ¡Consolida-on ¡Centers ¡

– Amsterdam ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-­‑Tenjin, ¡Japan ¡ – Heathrow ¡Airport ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-­‑Kassel, ¡Germany ¡

• U-liza-on ¡requirements ¡in ¡Copenhagen ¡& ¡

Amsterdam ¡

• Individual ¡Companies ¡

– Tesco ¡Supermarket, ¡UK ¡

• Increased ¡Maximum ¡Weight ¡Limits ¡

– UK ¡(32.5 ¡to ¡41 ¡tons ¡since ¡1980) ¡

Sources: ¡

Geroliminis, ¡N. ¡and ¡C. ¡Daganzo ¡(2005) ¡A ¡review ¡of ¡green ¡logis)cs ¡schemes ¡used ¡in ¡ci)es ¡around ¡the ¡world. ¡U.C. ¡Berkeley ¡Center ¡for ¡Future ¡Urban ¡Transport, ¡A ¡Volvo ¡Center ¡of ¡

• Excellence. ¡

Browne, ¡M., ¡M. ¡Sweet, ¡A. ¡Woodburn ¡and ¡J. ¡Allen ¡(2005) ¡Urban ¡Freight ¡Consolida)on ¡Centres ¡Final ¡Report. ¡Transport ¡Studies ¡Group, ¡University ¡of ¡Westminster. ¡ McKinnon, ¡A. ¡(2003) ¡Logis-cs ¡and ¡the ¡Environment. ¡Handbook ¡of ¡Transport ¡and ¡the ¡Environment ¡(eds. ¡D. ¡A. ¡Hensher ¡and ¡K. ¡J. ¡BuMon) ¡pp. ¡665-­‑685 ¡Elsevier. ¡ McKinnon, ¡A. ¡(2005) ¡The ¡economic ¡and ¡environmental ¡benefits ¡of ¡increasing ¡maximum ¡truck ¡weight: ¡the ¡Bri-sh ¡experience. ¡Transporta)on ¡Research ¡Part ¡D, ¡10, ¡77-­‑9 ¡

4 ¡

Equivalent ¡Single ¡Axle ¡Load ¡(ESAL) ¡Per ¡ Vehicle ¡Es-ma-on ¡

• The ¡increase ¡in ¡load ¡for ¡a ¡given ¡axle ¡causes ¡

exponen-al ¡pavement ¡damage ¡

• ¡4th ¡Power ¡Law: ¡The ¡damage ¡caused ¡by ¡a ¡par-cular ¡

load ¡is ¡related ¡to ¡the ¡load ¡by ¡a ¡power ¡of ¡four. ¡ ¡

Source: ¡American ¡Associa-on ¡of ¡State ¡Highway ¡and ¡Transporta-on ¡Officials ¡(1993) ¡AASHTO ¡Guide ¡for ¡Design ¡of ¡Pavement ¡

• Structures. ¡

¡

5 ¡

Methodology ¡

• Develop ¡traffic ¡informa-on: ¡ ¡
• Vehicle ¡and ¡cargo ¡weights ¡
• Equivalent ¡Single ¡Axle ¡Loads ¡per ¡Trip ¡
• Use ¡pavement ¡deteriora-on ¡model ¡to ¡

es-mate ¡change ¡in ¡overlay ¡frequency ¡

• Es-mate ¡HMA ¡overlay ¡supply-­‑chain ¡emissions ¡
• Es-mate ¡tailpipe ¡emissions ¡
• Case ¡examples ¡contrast ¡long-­‑distance ¡and ¡

local ¡trucking ¡issues ¡

Pavement ¡Deteriora-on ¡Modeling ¡

Source: ¡Madanat, ¡S., ¡J. ¡Prozzi ¡and ¡M. ¡Han ¡(2002) ¡Effect ¡of ¡Performance ¡Model ¡Accuracy ¡on ¡Op-mal ¡ Pavement ¡Design. ¡Computer ¡Aided ¡Civil ¡and ¡Infrastructure ¡Engineering, ¡17, ¡22-­‑30. ¡

• ¡Use ¡Caltrans ¡Highway ¡Design ¡Manual ¡to ¡get ¡pavement ¡thickness ¡
• ¡Es-mate ¡ESALs ¡to ¡failure: ¡
• ¡Combine ¡with ¡ESALs/year ¡data ¡to ¡es-mate ¡-me ¡between ¡
• verlays ¡

¡

7 ¡

Pavement ¡Overlay ¡ Supply-­‑Chain ¡Emissions ¡

• ¡Two ¡lanes ¡of ¡1-­‑mile ¡length ¡
• ¡3-­‑inch ¡thick ¡HMA ¡overlay ¡ ¡

Tailpipe ¡Emissions ¡

• ¡composite ¡emissions ¡

factors ¡based ¡on ¡CARB’s ¡ EMFAC2007 ¡

Source: ¡California ¡Air ¡Resources ¡Board ¡(2006) ¡ EMFAC2007 ¡v2.3. ¡

Source: ¡Adapted ¡from ¡Horvath, ¡A. ¡(2008) ¡Pavement ¡ Life-­‑Cycle ¡Assessment ¡Tool ¡for ¡Environmental ¡and ¡ Economic ¡Effects. ¡

8 ¡

Main ¡supply-­‑chain ¡emissions ¡ contributors: ¡

• ¡Aggregate ¡Mines ¡
• ¡Petroleum ¡Refineries ¡
• ¡HMA ¡Plants ¡

State ¡Route ¡13 ¡ UC ¡Berkeley ¡ N

Source: ¡maps.google.com ¡

Interstate ¡80 ¡

9 ¡

Within-­‑Vehicle ¡Class ¡Consolida-on ¡on ¡SR-­‑13 ¡

10 ¡

19 ¡ 11 ¡ 0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡

Years ¡between ¡overlays ¡

Aoer ¡Shio ¡ Status ¡Quo ¡

140 ¡ 96 ¡ 30 ¡ 51 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 140 ¡ 160 ¡ 180 ¡

Status ¡Quo ¡ Aoer ¡Shio ¡

GHG ¡(103 ¡kg ¡CO2 ¡eq./yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

55 ¡ 93 ¡ 0 ¡ 10 ¡ 20 ¡ 30 ¡ 40 ¡ 50 ¡ 60 ¡ 70 ¡ 80 ¡ 90 ¡ 100 ¡

Status ¡Quo ¡ Aoer ¡Shio ¡

SO2 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

29 ¡ 21 ¡ 8 ¡ 13 ¡ 0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡ 25 ¡ 30 ¡ 35 ¡ 40 ¡

Status ¡Quo ¡ Aoer ¡Shio ¡

PM2.5 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

Within-­‑Vehicle ¡Class ¡Consolida-on ¡on ¡I-­‑80 ¡

11 ¡

7.9 ¡ 4.9 ¡ 0 ¡ 2 ¡ 4 ¡ 6 ¡ 8 ¡ 10 ¡

Years ¡between ¡overlays ¡

Aoer ¡Shio ¡ Status ¡Quo ¡

3400 ¡ 2400 ¡ 140 ¡ 230 ¡ 0 ¡ 500 ¡ 1000 ¡ 1500 ¡ 2000 ¡ 2500 ¡ 3000 ¡ 3500 ¡ 4000 ¡

Status ¡Quo ¡ Aoer ¡Shio ¡

GHG ¡(103 ¡kg ¡CO2 ¡eq./yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

258 ¡ 419 ¡ 0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡ 300 ¡ 350 ¡ 400 ¡ 450 ¡ 500 ¡

Status ¡Quo ¡ Aoer ¡Shio ¡

SO2 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

768 ¡ 540 ¡ 36 ¡ 58 ¡ 0 ¡ 100 ¡ 200 ¡ 300 ¡ 400 ¡ 500 ¡ 600 ¡ 700 ¡ 800 ¡ 900 ¡

Status ¡Quo ¡ Aoer ¡Shio ¡

PM2.5 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

Consolida-on ¡to ¡different ¡truck ¡sizes ¡on ¡SR-­‑13 ¡

12 ¡

20 ¡ 11.2 ¡ 19 ¡ 0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡ 25 ¡

Years ¡between ¡overlays ¡

Status ¡Quo ¡ 2 ¡to ¡Large ¡3-­‑axle ¡ 2 ¡to ¡5-­‑axle ¡

140 ¡ 90 ¡ 83 ¡ 30 ¡ 50 ¡ 27 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 140 ¡ 160 ¡ 180 ¡

Status ¡Quo ¡ 2 ¡to ¡Large ¡3-­‑ axle ¡ 2 ¡to ¡5-­‑axle ¡

GHG ¡(103 ¡kg ¡CO2 ¡eq./yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

55 ¡ 90 ¡ 50 ¡ 0 ¡ 10 ¡ 20 ¡ 30 ¡ 40 ¡ 50 ¡ 60 ¡ 70 ¡ 80 ¡ 90 ¡ 100 ¡

Status ¡Quo ¡ 2 ¡to ¡Large ¡3-­‑ axle ¡ 2 ¡to ¡5-­‑axle ¡

SO2 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

29 ¡ 27 ¡ 26 ¡ 7.7 ¡ 13 ¡ 7.0 ¡ 0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡ 25 ¡ 30 ¡ 35 ¡ 40 ¡ 45 ¡

Status ¡Quo ¡ 2 ¡to ¡Large ¡3-­‑ axle ¡ 2 ¡to ¡5-­‑axle ¡

PM2.5 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

Weight ¡Limits ¡and ¡Consolida-on ¡on ¡I-­‑80 ¡

13 ¡

7.9 ¡ 8.8 ¡ 7.1 ¡ 5.9 ¡ 0.0 ¡ 2.0 ¡ 4.0 ¡ 6.0 ¡ 8.0 ¡ 10.0 ¡

Years ¡between ¡overlays ¡

5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 90000 ¡pounds ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 80000 ¡pounds ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle ¡ Status ¡Quo ¡

3400 ¡ 3500 ¡ 2900 ¡ 2700 ¡ 140 ¡ 130 ¡ 160 ¡ 190 ¡ 0 ¡ 500 ¡ 1000 ¡ 1500 ¡ 2000 ¡ 2500 ¡ 3000 ¡ 3500 ¡ 4000 ¡ Status ¡Quo ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 80000pounds ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 90000pounds ¡

GHG ¡(103 ¡kg ¡CO2 ¡eq./yr) ¡

Overlay ¡

260 ¡ 230 ¡ 290 ¡ 350 ¡ 0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡ 300 ¡ 350 ¡ 400 ¡ Status ¡Quo ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 80000pounds ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 90000pounds ¡

SO2 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

770 ¡ 800 ¡ 630 ¡ 560 ¡ 36 ¡ 32 ¡ 40 ¡ 49 ¡ 0 ¡ 100 ¡ 200 ¡ 300 ¡ 400 ¡ 500 ¡ 600 ¡ 700 ¡ 800 ¡ 900 ¡ Status ¡Quo ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 80000pounds ¡ 5 ¡to ¡6-­‑axle, ¡ 90000pounds ¡

PM2.5 ¡(kg/yr) ¡

Overlay ¡ Tailpipe ¡

Impact ¡Considera-ons ¡

• Criteria ¡pollutants ¡need ¡local ¡intake ¡assessment. ¡

EPA’s ¡AIRData ¡cites ¡local ¡industries: ¡

– Asphalt ¡plant ¡in ¡West ¡Berkeley ¡within ¡200 ¡meters ¡of ¡ residences ¡ – Refineries ¡in ¡Richmond, ¡aka ¡the ¡“Cancer ¡Belt” ¡ – Aggregate ¡Mines ¡in ¡Pleasanton ¡

14 ¡

Related ¡Supply-­‑Chain ¡Considera-ons ¡

• Other ¡types ¡of ¡pavement ¡MR&R ¡ac-vi-es ¡

have ¡different ¡supply-­‑chain ¡emissions ¡

– e.g. ¡example, ¡steel ¡reinforcement ¡has ¡high ¡ associated ¡Pb ¡emissions ¡(EIO-­‑LCA) ¡

• Effects ¡of ¡system ¡boundaries ¡

– e.g. ¡high ¡SO2, ¡CO ¡and ¡Pb ¡emissions ¡associated ¡ with ¡vehicle ¡manufacturing, ¡maintenance ¡and ¡ decommissioning ¡

¡Source: ¡Facanha, ¡C. ¡(2006) ¡Life-­‑cycle ¡Air ¡Emissions ¡Inventory ¡of ¡Freight ¡Transporta)on ¡in ¡the ¡United ¡

• States. ¡Doctoral ¡Disserta)on, ¡Department ¡of ¡Civil ¡and ¡Environmental ¡Engineering, ¡UC ¡Berkeley. ¡

15 ¡

Effects ¡Related ¡to ¡City ¡Logis-cs ¡Policies ¡

• Indicates ¡possibility ¡of ¡a ¡trade-­‑off ¡between ¡car ¡and ¡truck ¡

travel ¡

– ¡e.g. ¡consolida-on ¡of ¡food ¡industry ¡in ¡UK ¡increased ¡car ¡VKT, ¡but ¡ reduced ¡truck ¡VKT ¡ ¡

Source: ¡McKinnon, ¡A. ¡and ¡A. ¡Woodburn ¡(1994) ¡The ¡Consolida-on ¡of ¡Retail ¡Deliveries: ¡Its ¡Effect ¡On ¡CO2 ¡Emissions. ¡Transport ¡Policy, ¡1, ¡125-­‑136. ¡

• Although ¡there ¡are ¡tailpipe ¡emissions ¡benefits, ¡elimina-ng ¡

empty ¡trips ¡may ¡cause ¡li_le ¡change ¡to ¡supply-­‑chain ¡emissions ¡

• Circumven-on ¡of ¡bans ¡on ¡large ¡trucks ¡causes ¡reversed ¡

trade ¡off ¡

– e.g. ¡Southern ¡California ¡proposed ¡truck ¡bans ¡

¡Source: ¡Campbell, ¡J. ¡(1995) ¡Using ¡Small ¡Trucks ¡to ¡Circumvent ¡Large ¡Truck ¡Restric-ons: ¡Impacts ¡on ¡Truck ¡Emissions ¡and ¡Performance ¡

• Measures. ¡Transporta)on ¡Research ¡Part ¡A, ¡29, ¡445-­‑458. ¡

16 ¡

Introducing PaLATE-Web

New Web-Tool Design

Keep PaLATE-Web Up to Date

Conclusions ¡

• Increasing ¡loads ¡is ¡beneficial ¡for ¡many ¡pollutants ¡

including ¡GHGs, ¡but ¡can ¡increase ¡PM ¡and ¡SO2 ¡emissions ¡

– Benefits ¡are ¡more ¡likely ¡for ¡long-­‑distance ¡vehicles ¡

¡ ¡

• Unintended ¡environmental ¡impacts ¡should ¡be ¡accounted ¡

for ¡in ¡future ¡freight ¡policy ¡analyses ¡ ¡

• Policy ¡assessments ¡should ¡account ¡for ¡the ¡nuances ¡of ¡

both ¡the ¡environment ¡and ¡transporta-on ¡systems ¡

20 ¡