Life Cycle Assessment and Total Cost of Ownership of Diesel and Fuel Cell Electric Trucks for Saudi Arabia’s Freight Sector. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis - Yazeed.pdf Restricted to Repository staff only until 29 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

يُعتبر نقل البضائع في المملكة العربية السعودية من أبرز مصادر انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، بسبب الاعتماد الكبير على الشاحنات الثقيلة العاملة بالديزل. واستمرار استخدام الشاحنات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي يشكّل تحديًا أمام تحقيق أهداف المملكة في خفض الانبعاثات الكربونية وضمان استدامة الطاقة على المدى الطويل. في المقابل، برزت الشاحنات الكهربائية العاملة بخلايا الوقود الهيدروجينية كخيار واعد يمكن أن يخفف من هذه الانبعاثات. ومع ذلك، ما زالت جدوى استخدام الهيدروجين في قطاع النقل داخل المملكة غير واضحة بسبب ارتفاع تكلفة إنتاجه وتوزيعه، إلى جانب نقص البيانات المحلية المتعلقة بالأداء والتكلفة. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى تقييم الجدوى البيئية والاقتصادية لاعتماد الشاحنات الهيدروجينية في السعودية من خلال ثلاثة تحليلات مترابطة. تم إجراء تحليل دورة الحياة لتقدير انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من مرحلة الإنتاج حتى الاستخدام ومقارنتها بين الشاحنات الهيدروجينية والشاحنات التقليدية، مع الأخذ في الاعتبار إنتاج الهيدروجين الرمادي والأزرق والأخضر. كما تم بناء نموذج تقني واقتصادي لتقدير التكلفة الكلية للهيدروجين الموزّع، من خلال احتساب تكاليف الإنتاج والضغط والنقل لمسافات مختلفة وبأحجام طلب متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير نموذج لتكلفة الملكية الكلية لمقارنة التكلفة والانبعاثات على مدى عمر التشغيل بين الشاحنات الهيدروجينية والشاحنات التقليدية وتلك العاملة بالبطاريات، في ظل الظروف الحالية والمستقبلية للسوق السعودي. أظهرت النتائج أن الشاحنات الهيدروجينية تحقق خفضًا كبيرًا في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عند تشغيلها بالهيدروجين منخفض الكربون، حيث انخفضت الانبعاثات بنسبة 63% عند استخدام الهيدروجين الأخضر وبنسبة 53% عند استخدام الهيدروجين الأزرق، بينما لم يتجاوز الخفض باستخدام الهيدروجين الرمادي 13.8%. وبلغت كثافة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في سلسلة إمداد الهيدروجين 3.87 كيلوجرامًا من ثاني أكسيد الكربون المكافئ لكل كيلوجرام من الهيدروجين الأخضر، و5.22 كيلوجرامًا للهيدروجين الأزرق، و10.51 كيلوجرامًا للهيدروجين الرمادي. كما تراوحت التكلفة الإجمالية لسلسلة الإمداد بالهيدروجين بين 5.1 و8.2 دولار/كجم من الهيدروجين الأخضر، و1.6 إلى 3.9 دولار/كجم من الهيدروجين الأزرق، و1.2 إلى 3.4 دولار/كجم من الهيدروجين الرمادي، حيث تبيّن أن مقطورات الأنابيب المضغوطة بضغط 350 بار هي الخيار الأكثر كفاءة اقتصاديًا للنقل لمسافات قصيرة ومتوسطة. وتنعكس هذه التكاليف بشكل مباشر على أداء الشاحنات وتكلفتها التشغيلية، إذ أظهر تحليل تكلفة الملكية الكلية أن الشاحنات التقليدية ما تزال الأقل تكلفة بمتوسط 0.503 دولار/كم، في حين تتراوح تكلفة الشاحنات الهيدروجينية بين 0.632 و0.901 دولار/كم تبعًا لمسار إنتاج الهيدروجين، بينما تبلغ تكلفة الشاحنات الكهربائية العاملة بالبطاريات نحو 0.555 دولار/كم مع فوائد مناخية محدودة بسبب اعتمادها على شبكة كهرباء التي يغلب عليها الوقود الأحفوري. وتشير التحليلات إلى أن تحقيق التكافؤ الاقتصادي بين الشاحنات الهيدروجينية والتقليدية متوقع بحلول عام 2030 مع انخفاض أسعار الهيدروجين إلى نحو 1.5 دولار/كجم وزيادة معدلات تشغيل الشاحنات، كما أوضح تحليل تكلفة تجنّب انبعاثات الكربون أن الشاحنات الهيدروجينية المعتمدة على الهيدروجين الأزرق تحقق أدنى تكلفة للتخفيف تتراوح بين 290 و425 دولارًا / طن من ثاني أكسيد الكربون، في حين تحقق الشاحنات الكهربائية العاملة بالطاقة المتجددة تكلفة تتراوح بين 66 و152 دولارًا / طن من ثاني أكسيد الكربون تبعًا لمساهمة الطاقة المتجددة في شبكة الكهرباء.

English Abstract

Freight transport in Saudi Arabia is a major source of greenhouse gas (GHG) emissions, largely driven by diesel-powered heavy-duty trucks (HDTs). The continued dependence on internal combustion engine trucks (ICETs) challenges Saudi Arabia’s decarbonization goals and long-term energy sustainability. Hydrogen-powered fuel cell electric trucks (FCETs) have emerged as a promising alternative to ICETs, offering potential reductions in life cycle emissions. However, the overall feasibility of hydrogen trucking in Saudi Arabia remains uncertain due to the high cost of hydrogen production and distribution, as well as limited local data on performance and economics. Therefore, this thesis was conducted to evaluate the environmental and economic feasibility of FCET adoption under Saudi conditions. Three complementary analyses were conducted. A life cycle assessment (LCA) quantified cradle-to-use GHG emissions for FCETs versus ICETs across grey, blue, and green hydrogen pathways. A techno-economic model estimated the levelized cost of delivered hydrogen (LCOHD) by integrating production, compression, and road delivery at various distances and demand scales. In addition, a total cost of ownership (TCO) framework was developed to compare lifetime costs and emissions for FCETs, ICETs, and battery electric trucks (BETs) under current and future Saudi market scenarios. Results show that FCETs achieve substantial life cycle GHG reductions when powered by low-carbon hydrogen. Compared with ICETs, emissions decrease by 63% with green hydrogen and by 53% with blue hydrogen, while grey hydrogen achieves only a 13.8% reduction. The GHG intensities of hydrogen supply chains are 3.87 kg CO2eq/kg H₂ for green hydrogen, 5.22 for blue hydrogen, and 10.51 for grey hydrogen. Their corresponding supply chain costs are $5.1–8.2/kg for green hydrogen, $1.6–3.9/kg for blue hydrogen, and $1.2–3.4/kg for grey hydrogen. Among delivery options, 350-bar tube trailers were found to be most economical for short to medium distances. These supply-side economics strongly influence truck emissions and cost. TCO results indicate that ICETs are currently the least costly at $0.503/km, while FCETs range from $0.632 to $0.901/km depending on hydrogen pathway, and BETs average $0.555/km with climate benefits constrained by a fossil-dominated grid. Cost parity between FCETs and ICETs is expected by 2030 as hydrogen prices approach $1.5/kg and at high truck utilization. A Cost of CO₂ Avoided (CCA) analysis indicates that blue-hydrogen FCETs provide the lowest mitigation cost ($290–425/t CO₂) among other pathways, while renewable-powered BETs achieve $66–152/t CO₂ depending on renewable-grid share.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Alzahrani, Fahad
Committee Members:	Alquaity, Awad and Asif, Muhammad
Depositing User:	YAZEED HAMED (g202308510)
Date Deposited:	30 Dec 2025 04:36
Last Modified:	30 Dec 2025 04:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143825