해저 지질구조내 $CO_2$ 저장기술의 연구개발 동향 및 향후 국내 실용화 방안 The Latest Progress on the Development of Technologies for $CO_2$ Storage in Marine Geological Structure and its Application in Republic of Korea원문보기
지구 온난화를 완화하기 위한 온실가스 대량 감축 기술의 하나로써 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage; CCS)이 최근 국제적으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 CCS 기술 중 대규모의 $CO_2$를 해양의 퇴적층에 저장하고자 하는 $CO_2$ 해양지중저장기술을 중점으로 하여 국내외 관련 연구개발동향을 분석하고 이를 토대로 향후 국내 실용화 방안을 제안하고자 한다. '해저 지질구조내 $CO_2$ 저장기술은 $CO_2$ 해양지중저장기술)'은 지구 온난화 주범인 $CO_2$의 40% 가량이 배출되는 대규모 발생원 (발전소 등)에서 포집된 $CO_2$를 초임계상태나 액체 상태로 가압하여 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송한 후, 최종적으로 해양의 퇴적층에 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 기술을 말한다. $CO_2$ 해양지중저장 기술개발을 위해서는 저장후보지 탐색 및 저장공간내 $CO_2$ 거동 모니터링과 관련한 $CO_2$ 해양지중저장 기반기술, 포집된 $CO_2$를 선박 또는 파이프라인으로 수송하여 저장지에 주입시키는데 요구되는 제반 플랜트 및 설비구축과 관련한 $CO_2$해양플랜트 설비기술, 그리고 주입과정 또는 사후에 발생할 수 있는 $CO_2$노출 가능성과 환경에의 잠재적 영향을 평가하여 환경안정성이 담보된 $CO_2$저장이 되도록 하는 $CO_2$해양환경평가기술 등 3개 세부분야에 대한 연구가 요구된다. 국내에서 $CO_2$ 저장기술은 2005년부터 해양수산부 연구사업으로 한국해양연구원이 본격적으로 연구개발을 추진하였으며, 본 사업에서는 2005년부터 2009년까지 핵심 기반기술을 개발하고, 2010년부터 2014년까지 1만톤급 파일롯 저장을 통한 개발기술의 실증을 목표로 하고 있다. 이를 토대로 2015년부터 발전소 또는 제철소 $CO_2$ 포집기술과 연계하여 민간주도로 동해가스전 등을 대상으로 하여 보급형 100만톤급 $CO_2$ 저장을 추진할 필요가 있다. 이를 통해 향후 2050년까지 연간 1억톤 $CO_2$를 처리하여 매년 2조원 이상의 환경비용을 절감하는 국내 실용화 방안을 모색하고 있다.
지구 온난화를 완화하기 위한 온실가스 대량 감축 기술의 하나로써 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage; CCS)이 최근 국제적으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 CCS 기술 중 대규모의 $CO_2$를 해양의 퇴적층에 저장하고자 하는 $CO_2$ 해양지중저장기술을 중점으로 하여 국내외 관련 연구개발동향을 분석하고 이를 토대로 향후 국내 실용화 방안을 제안하고자 한다. '해저 지질구조내 $CO_2$ 저장기술은 $CO_2$ 해양지중저장기술)'은 지구 온난화 주범인 $CO_2$의 40% 가량이 배출되는 대규모 발생원 (발전소 등)에서 포집된 $CO_2$를 초임계상태나 액체 상태로 가압하여 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송한 후, 최종적으로 해양의 퇴적층에 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 기술을 말한다. $CO_2$ 해양지중저장 기술개발을 위해서는 저장후보지 탐색 및 저장공간내 $CO_2$ 거동 모니터링과 관련한 $CO_2$ 해양지중저장 기반기술, 포집된 $CO_2$를 선박 또는 파이프라인으로 수송하여 저장지에 주입시키는데 요구되는 제반 플랜트 및 설비구축과 관련한 $CO_2$ 해양플랜트 설비기술, 그리고 주입과정 또는 사후에 발생할 수 있는 $CO_2$노출 가능성과 환경에의 잠재적 영향을 평가하여 환경안정성이 담보된 $CO_2$저장이 되도록 하는 $CO_2$해양환경평가기술 등 3개 세부분야에 대한 연구가 요구된다. 국내에서 $CO_2$ 저장기술은 2005년부터 해양수산부 연구사업으로 한국해양연구원이 본격적으로 연구개발을 추진하였으며, 본 사업에서는 2005년부터 2009년까지 핵심 기반기술을 개발하고, 2010년부터 2014년까지 1만톤급 파일롯 저장을 통한 개발기술의 실증을 목표로 하고 있다. 이를 토대로 2015년부터 발전소 또는 제철소 $CO_2$ 포집기술과 연계하여 민간주도로 동해가스전 등을 대상으로 하여 보급형 100만톤급 $CO_2$ 저장을 추진할 필요가 있다. 이를 통해 향후 2050년까지 연간 1억톤 $CO_2$를 처리하여 매년 2조원 이상의 환경비용을 절감하는 국내 실용화 방안을 모색하고 있다.
To mitigate the climate change and global warming, various technologies have been internationally proposed for reducing greenhouse gas emissions. Especially, in recent, carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is regarded as one of the most promising emission reduction options that $...
To mitigate the climate change and global warming, various technologies have been internationally proposed for reducing greenhouse gas emissions. Especially, in recent, carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is regarded as one of the most promising emission reduction options that $CO_2$ be captured from major point sources (eg., power plant) and transported for storage into the marine geological structure such as deep sea saline aquifer. The purpose of this paper is to review the latest progress on the development of technologies for $CO_2$ storage in marine geological structure and its perspective in republic of Korea. To develop the technologies for $CO_2$ storage in marine geological structure, we carried out relevant R&D project, which cover the initial survey of potentially suitable marine geological structure fur $CO_2$ storage site and monitoring of the stored $CO_2$ behavior, basic design for $CO_2$ transport and storage process including onshore/offshore plant and assessment of potential environmental risk related to $CO_2$ storage in geological structure in republic of Korea. By using the results of the present researches, we can contribute to understanding not only how commercial scale (about 1 $MtCO_2$) deployment of $CO_2$ storage in the marine geological structure of East Sea, Korea, is realized but also how more reliable and safe CCS is achieved. The present study also suggests that it is possible to reduce environmental cost (about 2 trillion Won per year) with developed technology for $CO_2$ storage in marine geological structure until 2050.
To mitigate the climate change and global warming, various technologies have been internationally proposed for reducing greenhouse gas emissions. Especially, in recent, carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is regarded as one of the most promising emission reduction options that $CO_2$ be captured from major point sources (eg., power plant) and transported for storage into the marine geological structure such as deep sea saline aquifer. The purpose of this paper is to review the latest progress on the development of technologies for $CO_2$ storage in marine geological structure and its perspective in republic of Korea. To develop the technologies for $CO_2$ storage in marine geological structure, we carried out relevant R&D project, which cover the initial survey of potentially suitable marine geological structure fur $CO_2$ storage site and monitoring of the stored $CO_2$ behavior, basic design for $CO_2$ transport and storage process including onshore/offshore plant and assessment of potential environmental risk related to $CO_2$ storage in geological structure in republic of Korea. By using the results of the present researches, we can contribute to understanding not only how commercial scale (about 1 $MtCO_2$) deployment of $CO_2$ storage in the marine geological structure of East Sea, Korea, is realized but also how more reliable and safe CCS is achieved. The present study also suggests that it is possible to reduce environmental cost (about 2 trillion Won per year) with developed technology for $CO_2$ storage in marine geological structure until 2050.
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문제 정의
11은 CO2 해양지중처리 연구개발 로드맵 및 실증추진 로드맵을 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 본 사업에서는 2005년부터 2009년까지 상기 연구 사업에서 요구되는 CO2 해양지중저장 핵심기반기술을 개발하고 이를 통하여 2010-2014년에는 1만톤급 파일롯 CO 저장실험을 통해 개발기술의 실증화를 꾀함과 동시에 실증저장 후보지 선정을 목표로 연구사업을 추진하고 있다. 이를 토대로 2015년부터 발전소 또는 제철소 C6 포집기술과 연계하여 민간주도로 동해가스전 등을 대상으로 하여 보급형 100만톤급 C6 저장을 추진하여 향후 2050년까지 연간 1억톤 C6를 처리하여 매년 2조원 이상의 환경비용을 절감하는 국내 실용화 방안을 모색하고 있다.
본 논문에서는 최근 국제적으로 기후변화 대응기술의 하나로서 크게 주목을 받고 있는 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS), 특히 대규모의 C6를 해양의 퇴적층에 저장할 수 있는 CC>2 해양지중저장기술을 중점으로 하여 국내외 관련 연구개발 동향을 분석하고 이를 토대로 향후 국내에서 적용 가능한 본 기술의 실용화 방안을 제안하고자 한다.
지중저장의 경우 노르웨이, 유럽연합, 일본 및 호주 등은, 해양, 을 매개로 한 지중저장이 활발하게 진행중이며 비교적 육상공간이 넓은 캐나다, 미국, 알제리 및 중국 등은 육상'을 매개로 한 저장사업들을 추진하고 있다. 본 절에서는 향후 우리나라에서의 적용가능성이 높은 , 해양, 을 매개로 한 CO2 처리기술, 즉 CQ 해양지중저장이 유가스전, 심부 염대수층 및 석탄층 등 저장후보지별로 어떻게 적용되는지를 소개하고 각 방법의 국내 적용가능성을 간략히 분석한다.
제안 방법
한편 협동연구기관인 한국지질자원연구원과 공동으로 CO2 해양지중저장 후보지로 대륙붕 탐사자료 재해석을 위한 기존자료 사전조사 및 울릉분지 분석을 수행하고 있으며, co2 지중저장자원 추정방법과 및 대륙붕 6-1 광구 동해-1 가스전 적용방안을 연구하고 있다. 또한, 파일럿 주입 시험을 위한 부지 자료조사를 통해 1차 후보지역으로 경상계 3지역을 검토하였다. CO2 환경평가 기반기술로는 CO2 지중저장이 해수에 미칠 수 있는 영향 평가, 다양한 생물군별로 CO2 독성 영향 평가, 노출 조건에 따른 위해성 예측모델 개발, CO2 노출에 대한 해양생물 생리영향 평가기술, CO2 노출에 대한 생물검정방법 및 위해성 평가 기술 등을 개발하고 있다.
관련 법/제도 정비 등을 수행하고 있다. 위와 같은 연구범위 하에서 2007년도에 진행된 연구성과를 대략적으로 살펴보면, CO2 해양처리 기반기술로서 CCS 공정 개념설계를 수행하고 있으며 관련 CCS 전체 기초공정을 VR(Virtual Reality)로 제작하였다. 또한, CO2 수송 및 저장의 공정설계에 필수적인 물, CO2 및 질소를 포함하는 혼합가스의 상거동을 실험 적으로 확인하고 하이드레이트를 포함하는 상평형 모델 및 확산모델을 고려대와 함께 개발하고 있다.
아울러 해외 개발도상국에게 온실가스를 감축시켜 자국 실적으로 인정받는 CDM을 활용하여 추가적으로 2015년 이후부터 최대 약 1억 톤의 CO를 추가적으로 감축할 계획이다(Ohsumi[2006]). 이를 토대로 최대 2050년까지 전체적으로 2.2억톤의 C6를 매년 CCS에 의해 처리할 계획을 수립하였다.
이론/모형
9. CO2 storage technology by Enhanced Coal-bed Methane(ECBM) method(Source: IEA GHG R&D programme).
성능/효과
프로젝트를 들 수 있다. 그 결과에 의하면, ECMB의 전 과정공정 후에 약 75%의 메탄 생산이 향상되었다. 또한 추가적인 ECBM 기술개발이 Alberta Research Council에 의해 캐나다 Alberta 지역의 균질한 석탄층(600-1000 m)에서 추진 중이다.
후속연구
4에서 보는 바와 같이 단일 배관(파이프라인) 시스템에서 CO의 수송량이 증가할수록 관련 비용이 급격이 적어지므로 포집된 C6의 특성을 표준화하여 대용량으로 수송 및 저장이 가능하게끔 기반을 조성하는 것이 필요하다. 또한, CO2 압축스테이션을 포함한 수송시스템에 대한 지속적인 관심과 연구개발을 수행함으로서 전체 CCS 시스템의 비용절감을 기대할 수 있을 것이다.
국내의 경우 이미 육상 석탄 채광이 거의 개발되어 경제성이 없는 것으로 평가되고 있으나, 이에 대한 ECBM의 적용가능성을 면밀히 검토할 필요성이 있다. 아울러 향후 육상심부와 대륙연안의 해저지중에 추가적인 정밀 지질탐사를 통하여 C6를 저장할 수 있는 석탄층 존재 가능성을 지속적으로 조사할 필요가 있다.
특히 CCS 기술의 국제적인 연구개발 동향을 감안하면 향후 CO2 저장기술개발은 국내의 발전 및 화공 분야에서 연구되고 있는 co2 포집 분야의 기술과 연계하여 추진하는 방안이 요구된다. 앞으로 CCS에 의한 온실가스 감축 포텐셜이 매우 큼을 감안하여 기후변화 관련 국가중점기술로서 CCS 연구개발이 추진되어야 하며, 특히 상대적으로 국내 연구가 부족한 CO2 저장 관련 기술개발을 위한 대폭적인 연구비 증액투자가 요구된다.
특히 , 2006년 11 월 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO)에서 해양퇴적층을 대상으로 한 CO: 해양지중저장을 국제법적으로 허용하도록 런던협약96의정서를 개정하였고 이후 그에 따른 환경 위해성 평가관리체계를 구축하고 있는 점은 해걍을 매개로 한 CO2 저장의 실용화 가능성을 계속 높게 하고 있다(홍기훈 등[2005], IMO [2006], 강성길 등[2006]). 이와 같은 관점에서 우리나라도 CO: 해양지중저장기술을 매개로 하여 2013년 이후 Post-교토 체제하에서 기후변화 및 온실가스 감축에 대응하는 국가전략을 수립하여 실행할 수 있을 것이다. 우리나라 해양 저장후보지와 관련하여 한 가지 다행스러운 것은 2005년 Bradshaw와 Dance[2005]의 연구(Fig.
향후 CQ해양지중저장기술의 국내 실용화를 위해서는 합리적인 해양환경 위해성 평가 및 관리체제가 구축되어야 한다. 이를 위해서는 IMO 및 관련 국제법 등에 의거하여 정부 차원에서 관계법 및 관리체계를 구축할 필요가 있다.
또한, 글로벌 석유 메이저 회사인 Exxon, Mobil 및 Pertamina 사가 유사한 사업을 계획하고 있으며 인도네시아에서는 남중국해 보르네오 연안의 Natuna 천연가스전에서 훨씬 큰 프로젝트를 추진 중에 있다(Anderson and Newell[2003]). 향후 국내에서는 한반도 주변 대륙붕을 탐사하여 보유하고 있는 기존의 물리탐사 및 시추자료를 재분석하고, 일부 CO2 저장후보지역을 대상으로 추가적인 정밀 탐사를 통해 유망 격리후보 지역을 선정하여 심부 염대수층을 활용한 CO2 해양지중저장을 추진할 가능성이 매우 높다.
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