A fleet-based well-to-wheel model for policy support: the brazilian socio-technical light-vehicles system transitions

Abstract

As transições para a sustentabilidade são processos de transformação de longo prazo que ocorrem de um sistema sociotécnico para outro mais sustentável, envolvendo não apenas aspectos tecnológicos, mas também outros elementos como regulamentos, políticas, infraestrutura, práticas do usuário. O subsetor de transportes é um exemplo desse sistema e é responsável pela emissão de grande parte dos gases de efeito estufa (GEE) e outros poluentes. Esforços acelerados são necessários para atender à contribuição nacionalmente determinada (NDC) do Acordo de Paris com o objetivo de reduzir as emissões para limitar o aquecimento global. Nesse sentido, o Brasil é conhecido por sua trajetória ímpar de utilização do biocombustível como um de seus principais combustíveis. Além disso, sua rede elétrica predominantemente limpa indica o país como um lugar promissor para a difusão de veículos elétricos (VEs). No entanto, essas afirmações só podem ser afirmadas através da realização de uma avaliação do ciclo de vida e, tão importante, quando se considera a perspectiva da frota, avaliando a necessidade (ou não) de políticas e estratégias potenciais para transições pretendidas obtendo impacto em longo prazo. Nesse contexto, esta tese visa responder às seguintes questões de pesquisa: Como diferentes estratégias podem mitigar as emissões de GEE da frota de veículos leves? Como os atores principais evoluíram em termos de posturas e saliências na transição dos veículos históricos? E como contabilizar a eficácia das ações potenciais de sustentabilidade na frota de veículos para servir de suporte à política de longo prazo? O objetivo geral desta tese é propor um modelo do poço à roda (WTW) baseado em frota que estima os impactos potenciais do meio ambiente e da saúde humana da frota de veículos leves do Brasil para orientar e apoiar a tomada de decisão no sentido de acelerar as transições para a sustentabilidade e alcançar impacto ao longo prazo. A metodologia envolveu uma combinação de abordagens qualitativas e quantitativas. Usando uma abordagem qualitativa, esta tese forneceu uma análise histórica da transição de 50 anos dos veículos de passageiros no Brasil, usando o framework multi-level perspective das teorias de transições, juntamente com a multiple stream approach das teorias de processo de política, além de insights advindos da teoria do stakeholder, trabalho institucional e policy position. Com isso, os principais atores foram avaliados com relação às suas posturas e saliências, e uma transição para a sustentabilidade ?fortuita? foi revelada pela promulgação do Proálcool, originalmente não relacionado às preocupações com a sustentabilidade. Além disso, por meio de uma abordagem quantitativa, foi desenvolvido a ferramenta Fleet-based Well-to-wheel Model for Policy Support (FWEMPS), projetada em dinâmica de sistemas, capaz de estimar o potencial impacto ambiental e da saúde humana advindo da frota ao longo prazo (2020-2050). O FWEMPS captura a rotatividade da tecnologia e combustível dos veículos ao longo do tempo e permite o teste de várias estratégias de mitigação. Os resultados revelam uma boa perspectiva de ciclo de vida de redução das emissões de GEE pelo aumento de biocombustíveis ou VEs, mas eles destacam que, a menos que avanços consideráveis na eficiência de combustível e difusão de VEs ocorram, há uma baixa perspectiva de atender aos padrões do Proconve L8. Além disso, eles enfatizam que se nenhuma ação política ocorrer, a taxa crescente de difusão de veículos pode impedir o país de atingir seu potencial de mitigação de NDC. Esta tese termina enfatizando a importância de políticas numa transição em longo prazo, de uma análise do ciclo de vida mais ampla para avaliação do impacto de políticas, e do envolvimento dos atores em práticas inovadoras. Por fim, termina propondo uma estrutura de formulação de políticas para acelerar as transições e algumas recomendações para o Brasil.

Abstract: Sustainability transitions are long-term transformational processes that occur from one socio-technical system to a more sustainable one, involving not only technological aspects, but also other elements such as regulations, policies, infrastructure, user practices. The transportation subsector is an example of such system and is responsible for emitting large portion of greenhouse gas (GHG) and other pollutants. Accelerated efforts are needed to meet the national determined contribution (NDC) from Paris Agreement aiming at reducing GHG emission to limit global warming. In this regard, Brazil is known for its unique trajectory of using biofuel as one of its main fuel. Additionally, its mostly clean power grid also indicates the country as a promising place for electric vehicles (EVs). However, these assertions can only be affirmed by conducting a life cycle assessment and, as importantly, when considering the fleet perspective, by assessing the need (or not) of potential policies and strategies for aimed transitions with impact in the long term. In this context, this thesis aims to answer these research questions: How can different strategies mitigate GHG emissions of light-vehicles fleet? How have the main actors evolved in terms of their stances and salience in the historical vehicles transition? And, ultimately, how to account the effectiveness of potential sustainability actions in the vehicles fleet to serve as policy support in the long term? This thesis general objective is to propose a fleet-based well-to-wheel (WTW) model that estimates potential environment and human health impacts of Brazil?s light vehicles fleet in the long-term to guide and support decision making towards accelerating sustainability transitions. The methodology involved a combination of qualitative and quantitative approaches. By using a qualitative approach, this thesis provided a historical analysis of the 50-year transition experienced by Brazil?s passenger vehicles, by using the multi-level perspective framework from transitions theories, together with the multiple stream approach from policy process theories, and insights from stakeholder theory, institutional work and policy position concepts. With this, the main actors changing nature regarding their stances and saliences was assessed, and a ?fortuitous? sustainability transitions was revealed by the enactment of Proálcool, originally unrelated to sustainability concerns. Furthermore, by using a quantitative approach, this thesis provided the Fleet-based Well-to-wheel Model for Policy Support (FWEMPS) tool, designed in system dynamics, able to estimate the fleet?s potential environment and human health impact in the long-term (2020-2050). FWEMPS captures the vehicles? fuel-technology turnover through time and allows the testing of several mitigation strategies. Results reveal a good life cycle perspective of reducing GHG emissions by either the increase of biofuel or EVs but they highlight that unless considerable advances in fuel-efficiency and EVs diffusion take place, there is a low perspective in meeting Proconve L8 standards. Additionally, they emphasize that if no policy actions take place, the increasing rate of vehicles diffusion might prevent the country in achieving its fuller NDC mitigation potential. This thesis ends by stressing the importance of policies, of a broader life cycle analysis when assessing policy impacts, and of actors? engagement in innovative practices. Finally, it ends by proposing a policymaking framework to accelerate transitions and some recommendation for Brazil.