Digitala Vetenskapliga Arkivet

Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Techno-Economic Modelling of a Carbon Capture and Utilization Value Chain: A Case Study for Cement and Pulp & Paper Industries
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Heat and Power Technology.
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Teknisk-ekonomisk modellering av en värdekedja för avskiljning och användning av koldioxid : En fallstudie för cement- och massa- och pappersindustrin (Swedish)
Abstract [en]

In the context of global efforts to reduce carbon emissions, renewable fuels of non-biological origin (RFNBO) are poised to help decarbonize industrial emitters as well as the maritime transportation and chemical sectors. eMethanol (eMeOH) could function as a carbon-neutral fuel and chemical. This work models a techno-economic carbon capture and utilization (CCU) value chain, connecting ten industrial CO2 emitters from the Iberian Peninsula to an eMeOH plant located in Sines, Portugal, using CO2 tanker and truck transportation. The study models the various components of the CCU chain, including CO2 capture, liquefaction, intermediate storage, transportation, and the eMeOH plant, to evaluate the levelized cost of eMeOH (LCOeM) and the levelized cost of CO2 (LCOCO2) across the ten different scenarios. A detailed examination of industrial emitters across Spanish and Portuguese geography was conducted to identify the most cost-effective biogenic and geogenic CO2 sources for the eMeOH plant. By comparing truck and tanker transport options, the study identifies the cost implications associated with each method under varying conditions. The analysis reveals that transport costs are highly variable, influenced by the distance for truck transport and, for tankers, both the distance and the mismatch between tanker capacity and emitter CO2 output. Maritime transport stands out as a more cost-effective option for routes connecting Spanish emitters, with costs ranging from €17 to €30 per ton of CO2 transported, compared to truck transport, which ranges from €35 to €75 per ton of CO2. As the eMeOH plant accounts for more than 80% of the costs of the value chain, the comparison of extra costs for transport selection remains secondary. The production capacity of eMeOH, limited by CO2 availability, emerges as the major driver to lower both LCOeM and LCOCO2, leveraging economies of scale. This is evident in the case of the Portuguese cement factory CIMPOR in Alhandra, which achieves the lowest LCOeM of €1,072 per ton of eMeOH among all the scenarios modelled. The findings contribute to a broader understanding of the technical and cost implications of the different blocks of a CCU value chain. The definition and analysis of the ten different scenarios support comprehending how to target viable cases, which help decarbonize not only the cement and pulp and paper industries but also the maritime transportation and chemical sectors, as eMeOH could function as a carbon-neutral fuel and chemical.

Abstract [sv]

I samband med de globala insatserna för att minska koldioxidutsläppen kan förnybara bränslen av icke-biologiskt ursprung (RFNBO) bidra till att minska koldioxidutsläppen från industriella utsläppskällor samt sjötransport- och kemikaliesektorerna. eMetanol (eMeOH) kan fungera som ett koldioxidneutralt bränsle och kemikalie. I det här arbetet modelleras en teknisk-ekonomisk värdekedja för koldioxidavskiljning och -användning (CCU) som förbinder tio industriella koldioxidutsläpp från Iberiska halvön till en eMeOH-fabrik i Sines, Portugal, med hjälp av koldioxidtankfartyg och lastbilstransporter. Studien modellerar de olika komponenterna i CCUkedjan, inklusive CO2-fångst, kondensering, mellanlagring, transport och eMeOH-anläggningen, för att utvärdera den utjämnade kostnaden för eMeOH (LCOeM) och den utjämnade kostnaden för CO2 (LCOCO2) i de tio olika scenarierna. En detaljerad undersökning av industriella utsläppskällor i Spanien och Portugal genomfördes för att identifiera de mest kostnadseffektiva biogena och geogena CO2-källorna för eMeOH-anläggningen. Genom att jämföra transportalternativen med lastbil och tankbil identifierar studien de kostnadskonsekvenser som är förknippade med varje metod under varierande förhållanden. Analysen visar att transportkostnaderna är mycket varierande och påverkas av avståndet för lastbilstransporter och, för tankfartyg, både avståndet och missmatchningen mellan tankfartygets kapacitet och utsläppskällans CO2-produktion. Sjötransporter framstår som ett mer kostnadseffektivt alternativ för rutter som förbinder spanska utsläppsländer, med kostnader på mellan 17 och 30 € per ton CO2 som transporteras, jämfört med lastbilstransporter, som kostar mellan 35 och 75 € per ton CO2. Eftersom eMeOH-anläggningen står för mer än 80 % av kostnaderna i värdekedjan är jämförelsen av extra kostnader för transportval sekundär. Produktionskapaciteten för eMeOH, som begränsas av tillgången på CO2, framstår som den viktigaste drivkraften för att sänka både LCOeM och LCOCO2 genom att utnyttja stordriftsfördelar. Detta är tydligt i fallet med den portugisiska cementfabriken CIMPOR i Alhandra, som uppnår den lägsta LCOeM på 1,072 € per ton eMeOH bland alla scenarier som modellerats. Resultaten bidrar till en bredare förståelse för de tekniska och kostnadsmässiga konsekvenserna av de olika blocken i en CCU-värdekedja. Definitionen och analysen av de tio olika scenarierna bidrar till att förstå hur man kan rikta in sig på lönsamma fall, som bidrar till att minska koldioxidutsläppen inte bara inom cement- och massa- och pappersindustrin utan även inom sjötransport- och kemikaliesektorerna, eftersom eMeOH kan fungera som ett koldioxidneutralt bränsle och en koldioxidneutral kemikalie.

Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 88
Series
TRITA-ITM-EX ; 2024:511
Keywords [en]
eMethanol, biogenic, geogenic, carbon dioxide, hard-to-abate sectors, carbon capture and utilization, logistics, transport, tanker and truck
Keywords [sv]
eMetanol, biogen, geogen, koldioxid, sektorer där koldioxidutsläpp är svåra att minska, avskiljning och användning av koldioxid, logistik, transport, tankfartyg och lastbilar
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-354696OAI: oai:DiVA.org:kth-354696DiVA, id: diva2:1904744
Subject / course
Thermal Engineering
Educational program
Degree of Master
Presentation
2024-08-22, 00:00
Supervisors
Examiners
Available from: 2024-10-10 Created: 2024-10-10 Last updated: 2024-10-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3125 kB)266 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3125 kBChecksum SHA-512
9d72467cc060a969e8ec7b716e872d320cc6ab4884bc9e162ad2915d1e9a03f9c88e8ca297739b4467dcb2bd87d3d629e221b31e8dad1cadb261023795c02880
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Heat and Power Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 267 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 335 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf