Decarbonizing Sweden’s transport sector is crucial to achieving Sweden’s greenhouse gas reduction goals until 2030 and 2045 as it accounts for one-third of Sweden’s total domestic greenhouse gas emissions. Among the transport sector, maritime vessels are an example that needs to be decarbonized and, as a response, electric solutions have risen as one solution due to the potential benefits, such as greenhouse gas reductions and improved air quality. Thus, investigating how battery-electric propulsion can assist in the transition toward a sustainable maritime sector is of significance. Considering this, the thesis investigates the opportunities and trade-offs between diesel and battery-electric propulsion for a conceptual passenger vessel in the Stockholm archipelago. More specifically, the thesis evaluates technical, environmental, and economic aspects of distinct battery-electric and diesel propulsion alternatives through a life cycle assessment study and life cycle costing analysis. The conducted thesis demonstrates the potential viability of battery-electric propulsion for Stockholm’s public transport. Implementing battery-electric vessels reduces carbon dioxide emissions and pollutants, but results in higher environmental contribution in other areas such as ecotoxicity and land use. Economically, considering the distinct differences between the configurations and without taking into account infrastructure expenses, the battery-electric configurations offer lower long-term costs despite higher initial investments. In addition, the thesis discusses maritime electrification in a broader context, highlighting aspects outside of the study’s scope such as charging infrastructure, social issues related to battery metal extractions, and geopolitical concerns. Therefore, by addressing technical, environmental, economic, as well as other impacts, this thesis provides essential insight from a holistic perspective, guiding policymakers and stakeholders toward a greener future. / Att minska koldioxidutsläppen i Sveriges transportsektor är avgörande för att uppnå Sveriges miljömål med fokus på växthusgaser till 2030 och 2045 eftersom den står för en tredjedel av Sveriges totala inhemska utsläpp av växthusgaser. Inom transportsektorn är fartyg ett exempel som behöver minska sina koldioxidutsläpp och som en respons har batterielektrisk drift kommit upp som en lösning med tanke på de potentiella fördelarna som det kan ge upphov till såsom minskning av växthusgaser och förbättrad luftkvalitet. Med hänsyn till detta undersöker denna avhandling möjligheterna och avvägningarna mellan diesel och batterielektrisk framdrivning för ett konceptuellt passagerarfartyg i Stockholms skärgård. Mer specifikt utvärderar avhandlingen tekniska, miljömässiga och ekonomiska aspekter av distinkta batterielektriska- och dieselframdrivningsalternativ genom en livscykelanalys och livscykelkostnadsanalys. Det genomförda examensarbetet visar den potentiella betydelsen av batteridriven framdrivning för Stockholms maritima kollektivtrafik. Att implementera batterielektriska fartyg minskar exempelvis koldioxidutsläpp och luftföroreningar, men ger upphov till en högre miljömässig påverkan inom andra områden såsom ekotoxicitet och markanvändning. Ur ett ekonomiskt perspektiv och med ett fokus på distinkta skillnader mellan konfigurationerna samt utan att ta hänsyn till kostnader inom infrastruktur erbjuder de batterielektriska konfigurationerna lägre långsiktiga kostnader trots högre initiala investeringar. Dessutom diskuterar avhandlingen marin elektrifiering i ett bredare sammanhang och lyfter fram aspekter utanför studiens avgränsningar såsom laddningsinfrastruktur, sociala frågor relaterat till batterimetallutvinning och geopolitiska problem. Med det sagt, genom att ta upp tekniska, miljömässiga, ekonomiska och andra relevanta effekter ger denna avhandling insikter ur ett holistiskt perspektiv som kan vägleda beslutsfattare och intressenter mot en grönare framtid.

Air pollution is becoming a major issue in cities across the world, its common cause being the use of fossil fuel combustion engines in both private and collective transport modes. However, alternative technologies, such as biofuels, hybrid and battery electric vehicles, are on the rise. The objective of this thesis is to assess the optimal system’s configuration – a combination of electric traction and the use of biofuels – in a sub-group of Curitiba’s public bus network through the application of two optimisation models – least energy consumption and least cost. Based on these models, total energy, cost and greenhouse gas (GHG) emissions can be calculated for different scenarios to identify the advantages of switching to a low-carbon system. Furthermore, these models can be used by planners and decision makers as a starting point in defining the path towards a cleaner transport system. The results from the energy optimisation indicate that electrification is key in reducing total energy consumption, as this technology is by far the most energy efficient. A 12% reduction could be achieved, when compared to the current scenario (only using diesel B7), and CO2 emissions could be cut by 74%. The cost optimisation shows that electrification is not yet cost competitive compared to other biofuels (biodiesel, bioethanol and biogas), as biodiesel is the only technology selected by the model due to its overall lower cost. Nonetheless, if electricity costs are reduced, which can be achieved, for example, through a reduction or abolition of taxes, electrification becomes an attractive alternative to biofuels. Under these conditions (40% lower electricity price), energy consumption is reduced by 5% and GHG emissions are cut down to 30%. Political will and strategies to decrease the cost of vehicles turn out to be essential in supporting electrification in public transport. Furthermore, adaptations in the time schedules and the organisation of the main transport hubs are required to accommodate battery electric buses.  The number of fast charging stations is usually on a par with the number of bus routes to be electrified. Cost synergies achieved by sharing the cost of a charger among electrified routes with a common start/end stop are crucial to secure the attractiveness of e-mobility. This underlines the importance of analysing infrastructure needs in public transport networks holistically. / A poluição atmosférica é um problema sério em praticamente todas as grandes cidades do mundo, sendo a sua origem mais comum, o uso de combustíveis fósseis em motores de combustão, tanto em veículos de uso privado como em veículos de transporte coletivo. No entanto, tecnologias alternativas, tais como o uso de biocombustíveis, e a utilização de veículos híbridos e elétricos, estão em expansão. Esta tese tem como objectivo avaliar a configuração ideal do sistema, utilizando, num subgrupo da rede de transportes de Curitiba, uma combinação de tração elétrica e de uso de biocombustíveis. Esta avalição é feita através da aplicação de dois modelos de optimização: menor consumo energético e menor custo global. Com base nestes dois modelos, o consumo energético e os custos globais, bem como as emissões de gases de efeito de estufa (GEE), podem ser calculados para os diferentes cenários, de modo a se identificarem as vantagens da transição para um sistema de baixo carbono. Acresce que estes dois modelos podem ser usados por planeadores e decisores, como ponto de partida na definição do caminho a seguir para a transição para um sistema de transporte mais ecológico. Os resultados da otimização do consumo energético, indicam que a eletrificação é fundamental para reduzir o consumo total de energia, pois esta tecnologia é, de longe, a mais eficiente em termos energéticos. Uma redução do consumo total de energia em 12% poderá ser alcançada em relação ao cenário actual (que use apenas o diesel B7) e as emissões de CO2 poderão ser reduzidas em 74%. Na otimização de custos, os resultados mostram que a eletrificação ainda não é competitiva em termos de custos, quando comparada com o uso de biocombustíveis (biodiesel, bioetanol e biogas), uma vez que o biodiesel é a única tecnologia selecionada pelo modelo por ter menores custos associados. No entanto, se os custos da eletricidade forem reduzidos, nomeadamente, através da diminuição ou supressão de impostos, a eletrificação torna-se uma solução atrativa. Numa situação de redução do preço da energia elétrica em 40 %, o consumo de energia é reduzido em 5% e as emissões de GEE são reduzidas para 30%. Vontade política e estratégias destinadas a diminuir o custo dos veículos elétricos, tornam-se essenciais para promover a eletrificação dos transportes públicos. Acresce que, a adaptação dos horários e a organização dos principais terminais de transporte, são necessários para possibilitar a  operacionalidade dos ônibus elétricos. De acordo com os resultados dos dois modelos, o número de estações de recarga rápida é aproximadamente igual ao número de rotas de ônibus a serem eletrificadas. A redução de custos alcançada, partilhando um carregador entre rotas electrificadas com paragens inicial/final comuns, é crucial para garantir a atratividade da mobilidade eléctrica. Isto sublinha a importância dos benefícios de uma análise holística da infrastrutura de recarga nas redes de transporte público coletivo. / Luftföroreningar är en stor utmaning i städer runt om i  världen. Den gemensamma orsaken är användningen av förbränningsmotorer med fossila bränslen i både privata och kollektiva transportsätt. Dock alternativt teknik, såsom biobränslen, hybrid- och batterielektriska fordon, har uppmärksammats och deras användning ökar. Syftet med denna avhandling är att bedöma det optimala systemets konfiguration - en kombination av elektrisk drivkraft  och användningen av biobränslen - i Curitibas allmänna bussnät genom tillämpning av två optimeringsmodeller – en som minimiserar  energiförbrukning och en som minimizerar kostnader. Baserat på dessa modeller, de totala utsläpp och energiförbrukningen, samt deras respektiva kostnader kan beräknas för olika scenarier. På detta sätt  fördelarna med att byta till ett kolfrisystem identifieras. Dessutom kan dessa modeller användas av planerare och beslutsfattare som utgångspunkt för att definiera strategier mot en renare transportsystem. Resultaten från energioptimering indikerar att elektrifiering är nyckeln till att minska  systemets energiförbrukning, eftersom denna teknik är överlägset mest energieffektiv. En minskning på 12% skulle kunna uppnås, jämfört med det utgångsscenariot (endast med diesel B7) och koldioxidutsläppen skulle kunna minska med 74%. Kostnadsoptimeringen visar att elektrifiering ännu inte är kostnadseffektiv jämfört med andra biobränslen (biodiesel, bioetanol och biogas). I detta scenario är biodiesel den enda tekniken som valts av modellen på grund av dess lägre kostnad. Men om elkostnaderna minskas blir elektrifiering ett attraktivt alternativ till biobränslen. Detta skulle kunna uppnås, till exempel, genom skattebefrielse.  Under dessa förutsättningar (40% lägre elpris) minskas energiförbrukningen med 5% och utsläppen minskar med30%. Politisk vilja och strategier för att minska fordonskostnaden visar sig vara avgörande för att stödja elektrifiering av kollektivtrafiken i Curitiba. Dessutom anpassningar av tidstabellerna och organisationen av de viktigaste bytespunkter är nödvändiga. Antalet snabba laddstationer är vanligtvis i linje med antalet busslinjer som ska elektrifieras. Kostnadssynergier uppnås genom att dela kostnaden för en laddare bland elektrifierade linjer med ett gemensamt start / slutstopp. Det är avgörande för att säkerställa e-mobilitetens attraktivitet. Det visar också vikten av att analysera infrastrukturbehoven i kollektivtrafiknätet holistiskt.

Battery electric trucks (BETs) offer environmental benefits in terms of reduced carbon emissions and enhanced energy efficiency but have been challenged with economic viability compared to conventional internal combustion engine trucks (ICETs) caused by substantial acquisition costs, limited charging infrastructure, and concerns regarding range and payload capacity.  Previous studies focus on TCO at the vehicle or policy level but overlook the system and firm-level impacts. Operational aspects like vehicle utilization, battery utilization, charging planning, and route optimization are often ignored, potentially underestimating electric freight cost-competitiveness.The research gap does not address the practical needs of fleet operators, especially in scenarios where charging infrastructure is lacking. There is therefore a need to consider the complex system level interactions, market dynamics, technology developments, and operational processes involved in freight shipping. By applying a decision-making under deep uncertainty (DMDU) framework, this study enables informed decisions in unpredictable scenarios, bridging the gap between strategic choices like battery capacity and operational optimization like route planning. This study identifies the most significant factors that affect the TCO of BET fleets and cost-competitiveness relative to ICET fleets, taking into account market-operational interfaces between unpredictable market dynamics and operational processes such as stochastic demand and feature selection from a strategic and operational perspective. 40 tonne truck-trailers for freight distribution networks with distances up to 250 km are considered in the study.  A TCO model of BET and ICET fleets was developed taking into account vehicle route optimization, vehicle selection, and vehicle utilization which was then programmatically iterated by sampling and simulating optimized vehicle routes for a total of 220 224 iterations. The parameter space was screened and reduced with Feature Scoring using Extra Trees approximation of 1st order Sobol Indices. The reduced parameter space was then sampled using Sobol sampling to conduct a Sobol Global Variance decomposition Analysis of TCO, TCO delta, and service level in order to identify the most significant factors affecting BET fleet TCO and cost-competitiveness.To identify cost-competitive scenarios, the Patient Rule Induction Method (PRIM) was used to identify parameter sub spaces to determine scenarios where BET fleets have a lower TCO than ICET fleets. Further visual analysis was done using linear and polynomial regression and kernel density estimation. The analysis shows that both TCO and cost-competitiveness of BETs are primarily affected by shipment demand, distance between distribution center and delivery sites, and battery size, and that a trade-off is made between cost-competitiveness and service level. The results show that cost-competitiveness of electric freight scales with demand, with larger fleets being better able to optimize routing and shipment allocation; balancing the shipment demand to minimize charging times that otherwise would make the fleet less competitive than their fossil-fuel counterparts. This, paired together with higher degrees of vehicle utilization and appropriate battery sizing, allow for electric freight to be cost-competitive even for long-haul distances up to 250 km.  Furthermore, optimization of the Electric Vehicle Routing Problem (E-VRP) with shifts and time windows is shown to have a highly significant effect when minimizing TCO on a fleet level, with the vast majority of optimal ICET routes not being optimal for BETs.The benefits of E-VRP optimization scales with demand and fleet size, indicating that large-scale electrification is required to make BETs cost-competitive.Electrification of road freight is therefore highly contingent on effective route planning and charging scheduling with E-VRP optimization in order to be cost-competitive, which has not been considered in previous literature. Thus previous literature have therefore likely underestimated the cost-competitiveness of electric freight, particularly at medium-long haul distances. / Battery electric trucks (BETs), även kända som batterielektriska lastbilar, erbjuder miljömässiga fördelar genom minskade koldioxidutsläpp och förbättrad energieffektivitet. Men de har utmanats när det kommer till ekonomisk konkurrenskraft jämfört med konventionella lastbilar med förbränningsmotor (ICETs) på grund av höga inköpskostnader, begränsad laddinfrastruktur och oro över räckvidd och lastkapacitet. Tidigare studier har fokuserat på TCO (totala ägandekostnader) på fordon- eller policynivå men har inte betraktat TCO på nätverksnivå och från det enskilda företagets perspektiv. Operativa aspekter som fordonssutnyttjande, batteriutnyttjande, laddningsplanering och ruttoptimisering ignoreras ofta, vilket potentiellt leder till en underskattning av elektrisk frakts kostnadskonkurrenskraft. Forskningsluckan tar inte upp de praktiska behoven hos fordonsflottoperatörer, särskilt i scenarier där laddinfrastrukturen är bristfällig. Det finns därför ett behov av att granska komplexa systemnivåinteraktioner, marknadens dynamik, teknikutveckling och operativa processer som är involverade i godstransport. Genom att tillämpa \textit{decision-making under deep uncertainty} (DMDU) möjliggör denna studie informerade beslut i scenarier präglade av osäkerhet och studerar interaktionseffecter mellan strategiska val som batterikapacitet och operativ optimering som t.ex.\ ruttplanering. Denna studie identifierar de mest betydande faktorer som påverkar TCO för BET-flottor och deras kostnadskonkurrenskraft jämfört med ICET-flottor, med beaktande av gränssnitten mellan marknadsdynamik och operativa processer såsom stokastisk efterfrågan och urval av funktioner ur såväl strategisk som operativ synvinkel. 40-ton lastbilssläp för nätverk med avstånd upp till 250 km beaktas inom omfånget för studien. En TCO-modell för BET- och ICET-flottor utvecklades med hänsyn till ruttoptimering, fordonsval och fordonsutnyttjande, vilket sedan programmässigt itererades genom provtagning och simulering av optimerade fordonsrutter för sammanlagt 220 224 iterationer. Parameterrummet granskades och minskades med hjälp av funktionsskattning med hjälp av Extra Trees-approximation av Sobol-indices av första ordningen. Det reducerade parameterrummet provtogs sedan med Sobol-provtagningsmetod för att genomföra en global variansdekomponering av TCO, TCO-delta och servicenivå för att identifiera de mest betydande faktorerna som påverkar BET-flottans TCO och kostnadskonkurrenskraft. För att identifiera kostnadskonkurrenskraftiga scenarier användes Patient Rule Induction Method (PRIM) för att identifiera parametrarum som visar scenarier där BET-flottor har lägre TCO än ICET-flottor. Vidare utfördes visuell analys med linjär och polynomisk regression samt kärnskattning. Analysen visar at kostnadskonkurrenskraft för tunga elektriska fordon primärt påverkas av efterfrågan, köravstånder och batteristorlek, och att det görs en avvägning mellan kostnadskonkurrenskraft och servicenivå. Resultaten visar at kostnadskonkurrenskraft ökar i takt med efterfrågan, då större flottor kan mer fördelaktigt optimera rutter och allokering av leveranser till varje fordon genom att transportefterfrågan balanseras sådan att tiden för laddning minimeras, vilket hade annars gjort de elektriska flottorna mindre konkurrenskraftiga gentemot fossildrivna flottor av tunga fordon. Detta i samband med högre utnyttjandegrad av fordonen och val av rätt batteristorlek gjör att elektrisk godstransport kan vara kostnadskonkurrenskraftig även vid längre körsträckor upp till 250 km. Vidare visar ruttoptimering för BETs (E-VRP) sig vara av stor betydelse när det gäller att minimera TCO på flottnivå, medan majoriteten av optimala ICET-rutter inte är optimala för BETs.Fördelarna med E-VRP optimering skalar med ökande efterfrågan och flottstorlek, vilket tyder på att storskalig elektrifiering behövs för att göra BETs kostnadskonkurrenskraftigaElektrifiering av godstransport är därför starkt beroende av effektiv rutt- och laddningsplanering med E-VRP-optimering. Tidigare litteratur har sannolikt underskattat kostnadskonkurrenskraften för elektrisk godstransport, särskilt vid medellånga och långa transportavstånd.

Steel production is today one of the most CO2-demanding activities and causes 8% of the global emissions of GHG. It is crucial for the industry to reduce its emissions radically in order to be in line with the goals of the Paris Agreement and the Science-Based Target initiative. Ovako AB, one of the leading producers of high-strength engineering steel, has been at the forefront when it comes to sustainability initiatives within the industry. Heavy investments are being made into sustainable steel production methods and technologies and to make this viable, the company has, from January 1st, 2022, started to put a price premium on their steel products of 30 € per tonne. This study aims to answer the question of how Ovako's customers, based on the three different industries of mining, automotive, and bearing, experience this price premium and how a green steel can justify this surcharge. Furthermore, this case study aims to understand the extent to which those customers require carbon neutrality when sourcing steel. Connected to the findings from the innovation theories and the literature, this study aims to answer the question of how sustainable innovations may influence future competitiveness regarding engineering steel. To answer these questions, interviews with key individuals from different customers of Ovako were conducted. Moreover, focus groups at Ovako with relevant employees have been held at the same time as a literature study has been conducted. Based on the answers obtained from the data collection, a thematic analysis has been performed where overarching themes have been identified. Additionally, a carbon impact calculator has been used to calculate the carbon reduction potential of using a carbon-neutral engineering steel in three different applications connected to the three industries investigated, namely a complete bearing, a drill bit, and a final drive unit. The results from the calculations as well as the answers obtained regarding the research questions will be presented in the conclusion chapter of the report.

A common architecture for electric vehicles is to have two electric machines one each on the front and rear axle. Despite the redundancy, this configuration ensures performance. Being energy efficient is equally important for electric vehicles to deliver a sufficiently high range. Hence, operating a single machine at low to medium torque requirement is desirable. A clutch can be implemented on the front axle and its engagement dynamically controlled to reduce the magnetic drag losses in the front machine. With clutch disengaged, the entire torque will be delivered by the rear machine causing it to heat up quickly. As electric machine and inverter losses are also temperature dependent, this work attempts to derive an optimal torque split strategy between the two machines considering thermal effects. An upper-temperature limit for both electric machine and inverter is imposed for component protection. Thermal models for the electric machine, inverter and coolant circuit are simplified using system identification and model order reduction approach. Dynamic optimal torque split is realized by minimizing the energy loss over the entire drive cycle. Dynamic programming is used to investigate the benefits of including thermal losses and to generate a benchmark solution for optimal torque split strategy. Further, two online controllers are developed, one based on non-linear model predictive control and the other being a static controller with added heuristic rules to prevent temperatures of critical components to exceed the limits. A high-fidelity plant model was developed using VSIM as master and GT-Suite thermal model as slave to compare the performance of these controllers. The results show that it is possible to obtain decent thermal performance of electric motor and inverter with one node lumped parameter thermal model and a five-node lumped parameter model for the coolant circuit. Including thermal dynamics in the controller can constraint the temperature within the limits and give an optimal torque split. The benefit of adding temperature-dependent thermal maps is found to be limited to certain operating regions. The static controller with torque split based on instantaneous power loss also performed well for the given configuration. The major contribution to energy saving was obtained by dynamic disengagement of clutch in the form of reduced magnetic drag losses. / En vanlig arkitektur för elfordon är att ha två elmaskiner en vardera på fram- och bakaxeln. Trots redundansen säkerställer denna konfiguration prestanda. Att vara energieffektiv är lika viktigt för att elfordon ska leverera en tillräckligt hög räckvidd. Det är därför önskvärt att driva en enda maskin med lågt till medelhögt vridmoment. En koppling kan implementeras på framaxeln och dess ingrepp kan styras dynamiskt för att minska de magnetiska motståndsförlusterna i den främre maskinen. Med kopplingen urkopplad kommer hela vridmomentet att levereras av den bakre maskinen vilket gör att den snabbt värms upp. Eftersom förluster av elektriska maskiner och växelriktare också är temperaturberoende, försöker detta arbete härleda en optimal vridmomentsdelningsstrategi mellan de två maskinerna med tanke på termiska effekter. En övre temperaturgräns för både elektrisk maskin och växelriktare är införd för komponentskydd. Termiska modeller för den elektriska maskinen, växelriktaren och kylvätskekretsen förenklas med hjälp av systemidentifiering och modellbeställningsreduktion. Dynamisk optimal vridmomentdelning realiseras genom att minimera energiförlusten under hela körcykeln. Dynamisk programmering används för att undersöka fördelarna med att inkludera termiska förluster och för att generera en benchmarklösning för optimal vridmomentsdelningsstrategi. Vidare utvecklas två online-styrenheter, en baserad på icke-linjär modell för prediktiv styrning och den andra är en statisk styrenhet med tillagda heuristiska regler för att förhindra att temperaturer på kritiska komponenter överskrider gränserna. En högfientlig anläggningsmodell utvecklades med VSIM som master och GT-Suite termisk modell som slav för att jämföra prestandan hos dessa styrenheter. Resultaten visar att det är möjligt att erhålla hyfsad termisk prestanda för elmotor och växelriktare med en termisk modell med en nodklumpad parameter och en femnodsmodell med klumpparametrar för kylvätskekretsen. Att inkludera termisk dynamik i regulatorn kan begränsa temperaturen inom gränserna och ge en optimal vridmomentfördelning. Fördelen med att lägga till temperaturberoende termiska kartor har visat sig vara begränsad till vissa driftsområden. Den statiska styrenheten med vridmomentdelning baserad på momentan effektförlust fungerade också bra för den givna konfigurationen. Det största bidraget till energibesparingen erhölls genom dynamisk urkoppling av kopplingen i form av minskade magnetiska motståndsförluster.