Design of glass containers for submarine carbon storage

This master thesis deals with the design of glass containers which are supposed to be stored on seabed at 2000 m after being filled with liquefied carbon dioxide (CO2) at pressure of 10 MPa. The purpose of the thesis is to provide preliminary structural analyses of the containers to be exploited in a novel patent CO2 storage method called Submarine Carbon Storage (SCS). The core of the SCS technology is represented by the container manufacturing and filling with high pressure liquid CO2. As a consequence, the containers structure and material properties are the most critical aspects on which this thesis is focused. Due to the low-cost of raw material and the high stability in salty ambient, glass is identified as an effective material for the submarine carbon storage. Furthermore, high compressive resistance allows glasses to be stored on seabed where the external water pressure exceeds the internal pressure of CO2. Finite element analyses are performed with ABAQUS/CAE in order to define the best container shape with an acceptable level of stress, as well as having the maximum storage capacity with minimal material.

Questa tesi magistrale tratta il progetto di contenitori in vetro da depositare sul fondale marino a una profondità di 2000 m, una volta riempiti di anidride carbonica liquida (CO2) a pressione di 10 MPa. Lo scopo di questa tesi è quello di fornire analisi strutturali preliminari dei contenitori, i quali potranno essere adottati nella tecnologia brevettata di stoccaggio di CO2, chiamata Submarine Carbon Storage (SCS). Il nucleo di SCS è costituito dalla produzione dei contenitori e del riempimento di CO2 ad alta pressione. Di conseguenza, la struttura e il materiale sono gli aspetti più critici sui quali questa tesi si concentra. Grazie al basso costo e all’alta stabilità in ambiente salino, il vetro è identificato come un materiale adatto per lo stoccaggio marino di anidride carbonica. Inoltre, considerando l’alta resistenza a compressione, i vetri possono essere depositati sul fondale marino dove la pressione esterna dell’acqua supera la pressione interna di CO2. Analisi agli elementi finiti con ABAQUS/CAE sono effettuati con l’obiettivo di definire la forma del contenitore più adatta con un livello di sforzo accettabile, oltre ad avere la massima di capacità di stoccaggio con minimo consumo di materiale.