Pipeline Infrastructure for CO2 transport : cost analysis and design optimization

Abstract

Meeting Germany’s climate targets urgently demands substantial investment in renewable energies such as hydrogen, as well as tackling industrial CO2 emissions with a strong CO2 transport infrastructure. This is particularly crucial for CO2-heavy industries such as steel, cement, lime production, power plants, and chemical plants, given Germany’s ban on onshore storage. The CO2 transport network is essential for maintaining a circular economy by capturing, transporting, and either storing or utilizing CO2. This study fills gaps in CO2 pipeline transport research, examining pipeline diameters, costs, and pressure drop, and providing sensitivity analysis. Key findings show that the levelized cost of CO2 transport (LCO2T) ranges from 0.25 €/t to 55.82 €/t based on varying transport masses (1000 t/day to 25,000 t/day) and distances (25 km to 500 km), with compression costs pushing LCO2T to 33.21 €/t to 92.82 €/t. Analyzing eight pipeline diameters (150 mm to 500 mm) and the impact of CO2 flow temperature on pressure loss highlights the importance of selecting optimal pipeline sizes. Precise booster station placement is also crucial, as it significantly affects the total LCO2T. Exploring these areas can offer a more thorough understanding of the best strategies for developing cost-effective, efficient, and sustainable transport infrastructure.

Um die deutschen Klimaziele zu erreichen, sind dringend umfangreiche Investitionen in erneuerbare Energien wie Wasserstoff sowie eine starke CO2-Transportinfrastruktur für die Industrie erforderlich. Dies ist vor allem für CO2-lastige Industrien wie Stahl, Zement, Kalkherstellung, Kraftwerke und Chemieanlagen von entscheidender Bedeutung, da in Deutschland die Speicherung an Land verboten ist. Das CO2-Transportnetz ist für die Aufrechterhaltung einer Kreislaufwirtschaft durch die Abscheidung, den Transport und die Speicherung oder Nutzung von CO2 unerlässlich. Diese Studie füllt Lücken in der Forschung zum CO2-Pipelinetransport, indem sie Pipelinedurchmesser, Kosten und Druckverluste untersucht und eine Sensitivitätsanalyse durchführt. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass die CO2-Transportkosten (LCO2T) zwischen 0,25 €/t und 55,82 €/t liegen, basierend auf unterschiedlichen Transportmassen (1000 t/Tag bis 25.000 t/Tag) und Entfernungen (25 km bis 500 km), wobei die Kompressionskosten die LCO2T auf 33,21 €/t bis 92,82 €/t treiben. Die Analyse von acht Pipeline-Durchmessern (150 mm bis 500 mm) und die Auswirkung der CO2-Fließtemperatur auf den Druckverlust machen deutlich, wie wichtig die Wahl der optimalen Pipeline-Größe ist. Auch die genaue Platzierung von Druckerhöhungsanlagen ist von entscheidender Bedeutung, da sie sich erheblich auf den gesamten LCO2T auswirkt. Die Erforschung dieser Bereiche kann zu einem tieferen Verständnis der besten Strategien für die Entwicklung einer kostengünstigen, effizienten und nachhaltigen Transportinfrastruktur führen.