ASTRA

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ASTRA (ASsessment of TRAnsport Strategies)

ASTRA (ASsessment of TRAnsport Strategies) è un modello integrato sviluppato per la valutazione di politiche strategiche nel settore dei trasporti e degli investimenti fino al 2050. Le capacità di valutazione di ASTRA coprono un’ampia gamma di misure con livelli e tempi di implementazione flessibili. Potenziali scenari di simulazione includono politiche sull’introduzione di nuove tecnologie nel settore dei veicoli, sviluppo delle infrastrutture, prezzi, tassazione, imposizione di nuovi limiti di velocità e politiche commerciali. Uno dei punti di forza del modello è la capacità di simulare pacchetti di politiche integrate e di fornire indicatori per gli effetti indiretti delle politiche di trasporto e di investimento sull’economia e sull’ambiente. Nel corso del tempo i campi di applicazione sono stati estesi dal trasporto alla valutazione dell’impatto economico di politiche climatiche e di potenziamento delle fonti di energia rinnovabile. Per questo tipo di analisi ASTRA è stato integrato con modelli tecno-economici di tipo bottom-up.

Descrizione Generale

ASTRA è un modello strategico, costruito secondo l’approccio System Dynamics Modelling, che simula lo sviluppo dei trasporti in combinazione con economia e ambiente fino al 2050. Il modello ASTRA è calibrato su dati empirici (attualmente dal 2000 al 2020) ed è composto da diversi moduli che interagiscono fra loro tramite effetti diretti e di feed-back.

Le capacità strategiche di valutazione di ASTRA coprono un’ampia gamma di politiche di trasporto e investimenti, con livelli e tempi di implementazione flessibili. È stata realizzata anche la valutazione degli impatti di politiche climatiche con l’integrazione di modelli economici di tipo bottom-up.

Da molti anni ASTRA viene utilizzato con successo per le seguenti applicazioni:

Valutazione delle politiche di trasporto: prezzi, tassazione (su carburanti o veicoli), standard di efficienza ed emissioni, investimenti in infrastrutture;
Analisi dell’evoluzione tecnologica e degli scenari di sviluppo: veicoli con tecnologie alternative (ad esempio veicoli elettrici o a celle a combustibile), politiche integrate di energia e trasporto (per esempio miglioramento dell’efficienza dei veicoli);
Valutazione delle politiche per le rinnovabili: sussidi, tariffe feed-in, strategie di investimento;
Valutazione delle politiche climatiche e dei trend dei prezzi dell’energia.

Geograficamente, ASTRA copre tutti i 27 Stati Membri con l’aggiunta di Regno Unito, Norvegia e Svizzera. Il modello costruito con il software Vensim ed è sviluppato e mantenuto da TRT e M-Five (www.astra-model.eu).

Astra description 2

Struttura e metodologia di ASTRA

ASTRA è composto da diversi moduli, ognuno relativo ad un settore specifico come economia, domanda di traporto o flotta veicolare. I moduli principali coprono i seguenti aspetti:

Popolazione e struttura sociale (coorti d’età e gruppi di reddito)
Economia (PIL, matrici input-output, occupazione, consumi e investimenti sia a livello aggregato sia di settore)
Commercio estero (all’interno dell’Unione e verso partner esterni all’UE)
Trasporto (che include stima della domanda, ripartizione modale, costo di trasporto e reti infrastrutturali)
Flotte veicolari (veicoli stradali passeggeri e merci suddivisi per segmento e tipo di motore)
Ambiente (che comprende consumi energetici ed emissioni di inquinanti e CO2)

Il modello economico simula le fondamentali variabili economiche. Alcune di queste variabili (ad esempio il PIL) sono trasferite al modulo di generazione dei trasporti che utilizza questo input per generare la domanda di trasporto distribuita. Nel modulo di trasporto la domanda viene suddivisa per modo di trasporto. Gli indicatori delle performance di traffico vengono poi associati alla composizione della flotta (calcolata nel relativo modulo) e ai fattori di emissione (definiti nel modulo ambientale) al fine di stimare le emissioni totali.

Nel modello ASTRA hanno luogo diversi fenomeni di feed-back. Ad esempio, il modello economico fornisce il livello di reddito al modulo della flotta per stimare l’acquisto di veicoli. In seguito il modulo economico riceve l’informazione sul numero totale di veicoli acquistati dal modulo della flotta per tener conto di questa voce di consumo e investimento nei trasporti. Inoltre, cambiamenti nel sistema economico alimentano immediatamente variazioni nel sistema dei trasporti e alterano origini, destinazioni e volumi dei flussi di traffico europei.

Il modulo ambientale utilizza input provenienti dal modulo di trasporto (in termini di veicoli-km percorsi per modo e contesto geografico) e dal modulo della flotta veicolare (in termini di composizione tecnologica della flotta) per calcolare i consumi di carburanti, le emissioni di gas serra e inquinanti atmosferici generati dalle attività di trasporto. ASTRA stima anche le emissioni a monte (well-to-tank) dovute alla produzione dei carburanti e dei veicoli.

ASTRA è calibrato in modo tale da riprodurre i più importanti indicatori, come le performance di traffico, i consumi di carburanti, le emissioni di CO2 e il PIL, forniti dalle principali fonti europee di riferimento, quali Eurostat e il Reference Scenario per i trend futuri.

Simulando diversi pacchetti di politiche e condizioni al contorno, ASTRA permette il confronto di diversi scenari che riguardano, ad esempio, la diffusione di tecnologie, le riduzioni di emissioni, la domanda di energia per fonte energetica, investimenti richiesti ecc.

ASTRA schema

Input e parametri

Il modello comprende quattro componenti principali: economia, trasporto, tecnologia e ambiente.

Il modulo economico è composto da cinque elementi: offerta, domanda (incluso un modulo di investimento), un modello input-output basato su 25 settori economici, un modulo per l’occupazione e uno per il governo per ogni paese. Inoltre sono implementati due modelli di commercio (intra-UE e UE con il resto del mondo) [3].

Il modulo di trasporto è rappresentato da due classici modelli a quattro stadi: uno per i passeggeri e uno per le merci, inclusi i feed-back endogeni a tutti gli stadi. Anche se non viene modellata una matrice origine-destinazione completa, la domanda è segmentata per motivo di spostamento e diverse fasce di distanza, per meglio rappresentare la competizione tra modi alternativi. La rete di trasporto non è esplicitamente rappresentata, ma vengono considerate informazioni sulla capacità in maniera semplificata per i diversi modi di trasporto, attingendo a modelli di rete come TRUST.

Il modulo tecnologico rappresenta la differenziazione dei veicoli stradali per tecnologia di trazione, classe d’età e categorie standard di emissione. Le tecnologie considerate sono elencate in seguito e comprendono: benzina, diesel, gas naturale compresso (CNG), gas naturale liquefatto (LNG), gas di petrolio liquefatto (LPG), veicoli elettrici a batteria (BEV), ibridi plug-in (PHEV), veicoli elettrici a cella a combustibile e trolley per bus urbani e camion per le lunghe distanze.

Auto: benzina, diesel, CNG, LPG, BEV, PHEV, FCEV
Veicoli commerciali leggeri: benzina, diesel, CNG, LPG, BEV, PHEV, FCEV
Veicoli commerciali pesanti: diesel, CNG, LNG, BEV, PHEV, FCEV, trolley
Bus urbani: diesel, CNG, BEV, PHEV, FCEV
Pullman: diesel, LNG, FCEV

Investimenti e curve di apprendimento sono inclusi nella simulazione del processo di sviluppo della flotta. La domanda di trasporto stradale delle merci è segmentata per tipo di veicoli: veicoli commerciali

leggeri (al di sotto di 3,5 tonnellate), veicoli commerciali pesanti di medie dimensioni (da 3,5 a 12 tonnellate) e veicoli commerciali pesanti di grandi dimensioni (da 12 a 26, da 26 a 32 e oltre le 32 tonnellate), secondo i differenti domini spaziali (locale, breve distanza, nazionale, internazionale). Le assunzioni sulla composizione della flotta dei veicoli utilizzata in ogni dominio spaziale sono pensate per riflettere l’uso di ogni tipo di veicolo. Alla domanda di nuovi veicoli pesanti, così come ai veicoli sostituiti, vengono associati standard di emissione a seconda dell’anno di immatricolazione, comprendendo diesel convenzionali e le altre tecnologie menzionate sopra. Miglioramenti in termini di efficienza sono inclusi per i modi non stradali.

Il modulo ambientale calcola le emissioni di inquinanti e i consumi energetici relativi al trasporto basandosi sui flussi di traffico, le informazioni sulla composizione della flotta e sui fattori di consumo ed emissione. ASTRA quantifica gli impatti sui consumi per carburante, emissioni di CO2 e inquinanti (NOx, PM, CO and VOC), così come gli incidenti e i relativi valori di esternalità.

Output

Le capacità di valutazione di ASTRA coprono un’ampia gamma di politiche con tempi e livelli di implementazione flessibili. Potenziali politiche includono: introduzione di standard, tariffazione delle infrastrutture, tassazione dei carburanti, imposizione di limiti di velocità, investimenti in infrastrutture energetiche e di trasporto, politiche commerciali ecc. Una

Un’importante caratteristica di ASTRA è la capacità di simulare e testare pacchetti di politiche integrate e di fornire indicatori sugli effetti indiretti dei trasporti sul sistema economico (ad esempio valore aggiunto per settore, occupazione per settore, PIL, flussi commerciali, reddito per fasce). ASTRA è stato anche applicato per analizzare sfide future, in particolare l’impatto di prezzi alti del petrolio sull’economia europea e l’impatto di politiche climatiche europee ambiziose fino al 2050.

Il modello ASTRA è stato utilizzato con successo per le seguenti applicazioni:

Valutazione di politiche di trasporto: prezzi, tassazione, infrastrutture TEN, standard CO₂, analisi Costi – Benefici di progetti di trasporto;
Analisi dell’evoluzione tecnologica e degli scenari di sviluppo: politiche di sviluppo tecnologico e occupazionali, strategia di sviluppo delle tecnologie a idrogeno, scenari integrati di energia e trasporto, politiche energetiche e di trasporto, impatti della guida connessa e automatizzata;
Valutazione delle politiche per le rinnovabili: sussidi, tariffe feed-in, strategie di investimento;
Valutazione delle politiche climatiche: politiche di trasporto, EU-ETS, scenari energetici, strategie di decarbonizzazione, strategie di investimento, costi implicati.

Gli indicatori prodotti da ASTRA coprono un ampio range di impatti: da quelli sul funzionamento del sistema dei trasporti a quelli economici, ambientali e sociali.

Più in dettaglio, gli indicatori del funzionamento del sistema di trasporto sono stimati a livello aggregato (nazionale); ciò nonostante, il valore aggiunto dell’utilizzo dell’approccio System Dynamics per la modellazione del trasporto arricchisce l’analisi rispetto a un modello tradizionale, grazie alle relazioni tra i moduli relativi agli aspetti economici e tecnologici. Il modulo economico del modello ASTRA gestisce i collegamenti fra trasporto ed economia, principalmente in termini di effetti delle politiche di trasporto sul PIL regionale, i consumi o l’occupazione di settore; il modulo della flotta riflette gli impatti sul lato tecnologico; il modulo ambientale descrive gli impatti sulla salute dell’inquinamento atmosferico.

Inoltre, questi impatti possono interagire l’uno con l’altro. Prendiamo ad esempio l’impatto della tassazione stradale. Se viene introdotta o aumentata una tassa sulle auto nel modulo di trasporto, questa misura ha un effetto depressivo sull’acquisto di automobili. A sua volta, la minore diffusione di auto significa che una percentuale inferiore della popolazione ha a disposizione un veicolo privato e, dal momento che la disponibilità di auto incentiva la mobilità personale, verranno generati meno spostamenti.

Facendo un ulteriore passo avanti, l’impatto della tassazione stradale sulla flotta veicolare si propaga fino al modello economico, in cui vengono calcolati consumi e investimenti inferiori e dunque un PIL inferiore, minore occupazione e minore produzione. La riduzione dell’attività economica ha un effetto sulla stima della domanda, dal momento che la domanda di trasporto merci dipende dalla produzione e le persone occupate viaggiano di più dei disoccupati.

In ogni caso, dal momento che gli impatti della produttività endogena sono considerati nel modello economico di ASTRA, gli impulsi economici di una politica possono produrre impatti differenti rispetto ai modelli di equilibrio generale che considerano principalmente gli effetti dei prezzi.

In generale, la varietà di indicatori stimati grazie al modello ASTRA e il fatto che questi indicatori vengono forniti come serie temporale offrono l’opportunità di applicare un’ampia varietà di schemi di valutazione a supporto dello sviluppo di politiche europee negli ambiti di energia, trasporti e clima.

Un esempio degli indicatori prodotti da ASTRA è fornito di seguito: