CO2 and biogas bioproducts transport: a novel techno-economic analysis of truck and rail logistics

The development of effective Carbon Capture and Storage (CCS) systems is essential for the shift to a low-carbon economy, with CO2 transportation playing a critical role in connecting capture locations with long-term storage facilities. This thesis provides a thorough techno-economic analysis of CO2 transportation by rail and truck, with an em phasis on environmental impact, energy consumption, and cost structures. The Levelized Cost of Transport (LCOT) as a function of distance and plant scale is determined using a bottom-up methodology that incorporates important infrastructure elements including liquefaction, buffer storage, and reconditioning. Additionally, the study compares the carbon footprints and operating costs of battery-electric and diesel trucks to assess their practicality and provide key insights on future developments. The analysis goes beyond CO2 to evaluate the expenses and practical difficulties of carry ing hydrogen, biomethane, biogas, and methanol in order to give a more comprehensive view of energy transportation. By comparing various energy carriers, the study finds important cost drivers and possible benefits in decarbonized supply chains. Additionally, a case study on the conversion of biogas to hydrogen looks at both decentralized and centralized processing setups, assessing the logistical and economic impacts of each. The findings emphasize the relevance of economies of scale in improving transportation lo gistics, the potential cost savings made possible by truck electrification, and the economic viability of rail for medium- to large-scale CO2 delivery. Each mode of transportation’s environmental impact is further quantified by the life cycle assessment (LCA), which high lights the necessity of strategic infrastructure planning to reduce emissions. In the end, this research supports the integration of CCS and alternative fuel logistics into the future energy system.

Lo sviluppo di sistemi efficaci per la cattura e lo stoccaggio della CO2 è essenziale per la transizione energetica e per un’economia a basse emissioni. Il trasporto della CO2 è una parte cruciale dell’infrastruttura, che connette i siti di cattura ai siti di stoccaggio per manente. Questa tesi fornisce una meticolosa analisi tecno-economica del trasporto della CO2 per camion e per treno, evidenziando impatto ambientale, consumo energetico e la struttura dei costi. Il Levelized Cost of Transport (LCOT) è determinato in funzione della distanza e della taglia di impianto, usando un approccio bottom-up. L’analisi include parti cruciali dell’infrastruttura come la liquefazione, il buffer storage e il ricondizionamento. Inoltre, lo studio confronta l’impatto ambientale e i costi operativi di camion elettrici a batteria e diesel per valutarne la fattibilità. Questa analisi si estende oltre la CO2 per valutare i costi e la logistica associati al trasporto di idrogeno, biometano, biogas e metanolo, offrendo una visione più completa del trasporto di vettori energetici. Attraverso il confronto tra diverse opzioni di trasporto dell’energia, l’analisi individua i principali fattori di costo e i potenziali vantaggi nelle filiere decar bonizzate. Inoltre, uno scenario reale di conversione di biogas in idrogeno viene studiato confrontando una configurazione centralizzata con una delocalizzata, valutandone le im plicazioni logistiche ed economiche. I risultati evidenziano l’importanza delle economie di scala nel migliorare la logistica di trasporto, i potenziali risparmi con l’adozione di camion elettrici, e la competitività economica del trasporto ferroviario per la distribuzione di CO2 su media e larga scala. L’analisi del ciclo di vita (LCA) quantifica l’impatto ambientale di ciascuna modalità di trasporto. In definitiva, questa ricerca fornisce uno strumento per l’analisi dei costi di trasporto, contribuendo all’integrazione dei sistemi CCS e della logistica dei combustibili alternativi nel futuro sistema energetico.