Feasibility study of a carbon dioxide shipping chain standalone and with ammonia backhaul cargo

This thesis explores the feasibility of a carbon dioxide (CO₂) shipping chain, both as a standalone operation and integrated with ammonia as a backhaul cargo. The study is set within the broader context of global decarbonization efforts, focusing on carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technologies and the emerging role of ammonia as a hydrogen carrier and low-carbon fuel. CO₂ shipping plays a crucial role in mitigating emissions from hard-to-abate sectors such as steel and cement production by enabling the transport of captured carbon to storage or utilization sites. Ammonia, on the other hand, offers significant potential as a clean energy carrier, capable of supporting power generation and industrial applications with zero carbon emissions. The research involves a detailed techno-economic analysis of CO₂ shipping, assessing various logistical, technical, and environmental factors. It compares the standalone CO₂ shipping chain with a dual-purpose shipping strategy that incorporates ammonia transport, maximizing operational efficiency and reducing emissions. The thesis addresses the challenges of switching cargoes between CO₂ and ammonia, including the necessary tank cleaning and handling procedures to prevent cross-contamination, and the potential use of ammonia as a clean fuel in power production. Key findings demonstrate that integrating ammonia as a backhaul cargo enhances the economic and environmental performance of the CO₂ shipping chain, contributing to the decarbonization of the maritime and energy sectors. This approach leverages existing infrastructure and supports a more flexible, scalable solution for the global transition towards a low-carbon future.

Questa tesi esplora la fattibilità di una catena logistica per il trasporto navale di anidride carbonica (CO₂), sia come operazione indipendente che integrata con l'ammoniaca come carico di ritorno. Lo studio si inserisce nel contesto più ampio degli sforzi globali di decarbonizzazione, con un focus sulle tecnologie di cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio (CCUS) e sul ruolo emergente dell'ammoniaca come vettore di idrogeno e combustibile a basse emissioni di carbonio. Il trasporto di CO₂ gioca un ruolo cruciale nella riduzione delle emissioni dei settori difficili da decarbonizzare, come la produzione di acciaio e cemento, consentendo il trasporto del carbonio catturato verso siti di stoccaggio o di utilizzo. L'ammoniaca, d'altra parte, offre un potenziale significativo come vettore di energia pulita, capace di supportare la generazione di energia e le applicazioni industriali senza emissioni di carbonio. La ricerca include un'analisi tecno-economica dettagliata del trasporto di CO₂, valutando vari fattori logistici, tecnici e ambientali. Confronta la catena logistica del trasporto di CO₂ con una strategia di trasporto a doppio uso che incorpora il trasporto di ammoniaca, massimizzando l'efficienza operativa e riducendo le emissioni. La tesi affronta le sfide del cambio di carico tra CO₂ e ammoniaca, comprese le procedure necessarie per la pulizia dei serbatoi e la gestione per evitare contaminazioni incrociate, e il possibile utilizzo dell’ammoniaca come combustibile pulito nella produzione di energia. I risultati principali dimostrano che l'integrazione dell'ammoniaca come carico di ritorno migliora le prestazioni economiche e ambientali della catena logistica del trasporto di CO₂, contribuendo alla decarbonizzazione dei settori marittimo ed energetico. Questo approccio sfrutta le infrastrutture esistenti e supporta una soluzione più flessibile e scalabile per la transizione globale verso un futuro a basse emissioni di carbonio.