This study designed a ship-based CCS chain and estimated the availability of the chain to investigate which would be critical components in the chain and to suggest improvement methodology for chain design. Three central variables in the chain were analyzed and determined: $CO_2$ liquefaction pressure, $CO_2$ liquefaction system (process), and cargo volume of temporary storage tank. Seven liquefaction pressures were suggested between the triple point (5.18 bar, $-56.6\^circ C$) and the critical point (73.8 bar, $31.1^\circ C$) of $CO_2$ with increments of 10 bar, and compared them in terms of life cycle cost (LCC) to determine the optimal pressure. Four liquefaction systems were proposed and analyzed using LCC in order to select the optimal $CO_2$ liquefaction system. (The Linde Hampson system, the Linde dual-pressure system, the precooled Linde Hampson system, and the closed system.) LCCs of the chains with different cargo volumes were estimated to determine the optimal cargo volume of temporary storage tanks. The optimal liquefaction pressure was 15 bar $(-27^\circ C)$, which had an appropriate pressure, temperature, and density. The closed system showed the lowest LCC among the four suggested $CO_2$ liquefaction systems. The optimal cargo volume of the storage tanks was the identical volume of $CO_2$ carrier. The availability of the chain with three selected design variables was estimated. The results showed that the most significant factor in the chain was the preventive maintenance for the liquefaction system. Although this preliminary study has some uncertainty, it provides meaningful information for a decision-maker to progress to the next step.
본 연구에서는 선박기반 이산화탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture and Storage) 체인을 설계하기 위해 액화압력, 액화시스템, 임시저장탱크 용량을 결정하고 가용도를 추산하였다. 액화압력을 결정하기 위해 이산화탄소의 삼중점(Triple Point)과 임계점(Critical Point)사이의 7개의 압력을 제안하였고, 제안된 액화압력에 맞게 체인을 설계하고 전 과정 비용(Life Cycle Cost)을 추산하였다. 이산화탄소 액화시스템을 결정하기 위해 대표적인 액화시스템 4개를 제안하고, 초기비용과 운영비용을 추산하여 비교하였다. 임시저장탱크의 용량을 결정하기 위해 11가지의 임시저장탱크의 용량을 제안하고, 운영의 안정성과 비용의 관점에서 비교하였다. 액화압력은 15 bar일 때 최소의 비용을 나타내었고, 제안된 액화시스템 중에서는 Closed System이 최적이었다. 임시저장탱크의 사이즈는 이산화탄소 수송선의 크기와 같을 때 최적이었고. 예방보수가 체인의 가용도에 가장 심각한 영향을 주었다. 본 연구결과는 설계의 초기단계에 진행되어 어느 정도의 불확실성을 내포하고 있지만, 체인의 설계자가 다음 단계로 나아가기 위한 유용한 정보를 제공한다.
