[논문]지중저장 조건에서 초임계CO2에 의한 포항분지 사암과 이암의 지화학적 풍화반응 연구

박진영; 이민희; 왕수균

doi:10.9719/eeg.2013.46.3.221

지중저장 조건에서 초임계CO2에 의한 포항분지 사암과 이암의 지화학적 풍화반응 연구
Study on the Geochemical Weathering Process of Sandstones and Mudstones in Pohang Basin at CO2 Storage Condition 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.46 no.3, 2013년, pp.221 - 234

박진영 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) , 이민희 (부경대학교 지구환경과학과) , 왕수균 (부경대학교 에너지자원공학과)

초록
AI-Helper

국내 이산화탄소 지중저장 후보지인 포항분지의 심부 대수층 구성하고 있는 사암과 이암을 대상으로 초임계$CO_2$ 반응에 의한 암석의 지화학적/광물학적 풍화를 규명하는 실험을 실시하였다. 고압셀 장치를 사용하여 실험실 규모의 $CO_2$ 지중저장 조건을 모사하였으며, 시추한 포항분지 암석이 미고결 상태임을 감안하여 암석시료는 입자상으로 분쇄하여 시료 30 g과 지하수 100 ml를 고압셀(200 ml 용량)에 넣고 100 bar, $50^{\circ}C$ 조건에서 총 60일 동안 반응시켜, 초임계$CO_2$ 주입 시 포항분지 심부 사암층과 이암층 내에서 발생하는 초임계$CO_2$-암석-지하수반응을 재현하였다. 반응 후 10일, 30일, 60일 간격으로 시료를 회수하여 암석의 지화학적 풍화 정도를 정량화하기 위한 XRD(X-Ray Diffractometer), BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석을 실시하였고, 암석 슬랩($15mm{\times}40mm{\times}5mm$)을 같은 지중 조건에서 반응시켜 반응시간에 따른 지하수시료의 용존 이온 농도 변화를 ICP/OES로 분석하였다. XRD 분석결과, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 사암과 이암을 구성하는 광물 중 사장석과 정장석(기질의 장석류 포함)의 비율이 가장 크게 감소한 것으로 나타났다. 사암의 경우 점토광물인 일라이트, 스멕타이트, 황철석 비율이 증가하였으며, 이암의 경우 일라이트, 카오리나이트, 칼슘을 함유한 불소인회석 비율이 증가하였다. 반응시간에 따른 지하수 이온 농도 분석결과, 사암과 이암에서 방해석과 장석류의 용해가 가장 활발히 일어나 지하수 내 $Ca^{2+}$, $Na^+$농도가 증가하였다. $K^+$, $Si^{4+}$, $Mg^{2+}$ 같은 이온들의 농도는 반응시간 동안 증가와 감소를 반복하였는데, 이는 암석의 용해와 2차 광물의 침전이 함께 일어나고 있음을 의미한다. 사암과 이암 입자의 비표면적은 반응 60일 후까지 각각 $27.3m^2/g$과 $19.6m^2/g$에서 $28.6m^2/g$과 $26.6m^2/g$으로 증가하였으며, 미세공극의 평균 크기는 각각 $72.6{\AA}$, $96.7{\AA}$에서 $68.4{\AA}$과 $75.8{\AA}$으로 지속적으로 감소하여, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 입자 표면이 용해되면서 미세 공극들이 추가로 형성되어 비표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 포항분지 사암에 $CO_2$를 지중 주입하는 경우, 암석의 용해 및 침전반응에 의한 대상암석의 물성변화가 지중저장의 효율성과 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Laboratory experiments for the reaction with supercritical $CO_2$ under the $CO_2$ sequestration condition were performed to investigate the mineralogical and geochemical weathering process of the sandstones and mudstones in the Pohang basin. To simulate the supercritical $CO_2$-rock-groundwater reaction, rock samples used in the experiment were pulverized and the high pressurized cell (200 ml of capacity) was filled with 100 ml of groundwater and 30 g of powdered rock samples. The void space of the high pressurized cell was saturated with the supercritical $CO_2$ and maintained at 100 bar and $50^{\circ}C$ for 60 days. The changes of mineralogical and geochemical properties of rocks were measured by using XRD (X-Ray Diffractometer) and BET (Brunauer-Emmett-Teller). Concentrations of dissolved cations in groundwater were also measured for 60 days of the supercritical $CO_2$-rock-groundwater reaction. Results of XRD analyses indicated that the proportion of plagioclase and K-feldspar in the sandstone decreased and the proportion of illite, pyrite and smectite increased during the reaction. In the case of mudstone, the proportion of illite and kaolinite and cabonate-fluorapatite increased during the reaction. Concentration of $Ca^{2+}$ and $Na^+$ dissolved in groundwater increased during the reaction, suggesting that calcite and feldspars of the sandstone and mudstone would be significantly dissolved when it contacts with supercritical $CO_2$ and groundwater at $CO_2$ sequestration sites in Pohang basin. The average specific surface area of sandstone and mudstone using BET analysis increased from $27.3m^2/g$ and $19.6m^2/g$ to $28.6m^2/g$ and $26.6m^2/g$, respectively, and the average size of micro scale void spaces for the sandstone and mudstone decreased over 60 days reaction, resulting in the increase of micro pore spaces of rocks by the dissolution. Results suggested that the injection of supercritical $CO_2$ in Pohang basin would affect the physical property change of rocks and also $CO_2$ storage capacity in Pohang basin.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

CO₂ 주입 시 지중 저장암 및 덮개암의 지화학반응 특성을 정량적으로 규명하는 것은 CO₂ 지중 저장량과 안전성에 근거한 지중 저장소 선정을 위해 매우 중요한 과정이며, 본 연구를 통하여 국내 CO₂ 지중저장 후보지 중 하나로 알려진 포항분지 사암과 이암을 대상으로 초임계CO₂-암석-지하수반응에 의한 광물의 지화학적/광물학적 풍화를 규명함으로써, 향후 포항분지에서 CO₂ 지중저장이 이루어질 경우 대상 지층 선정
시 고려해야할 지화학적 인자들에 대한 자료를 제공하고자 한다.
반응 전, 반응 후 10일, 30일, 60일 간격으로 암석 시료에 대하여 XRD, BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석을 실시하여 반응시간에 따른 암석의 지화학적 풍화를 규명하고자 하였다. XRD(X-ray Diffractometer; Ultima Ⅵ, Rigaku)는 결정성 시료에 입사되는 X-선이 Bragg 법칙을 만족할 때 얻어지는 X-선 회절패턴으로부터 광물의 결정구조 분석을 통한
광물 규명 및 분포비를 분석하는 방법으로 반응 후 암석의 광물학적 변화를 확인하기 위해 실시하였다.
다. 다만 포항분지 사암과 이암의 특정 광물들은 반응
시간에 따라 증가와 감소하는 경향이 매우 뚜렷하게
나타나는 것을 확인하였으며, 이러한 특정 광물 분포
변화를 이해함으로써 CO₂ 지중저장 시 대상 암석의
지화학적 풍화를 주도하는 광물과 CO₂ 주입에 의한
암석의 풍화 특성을 파악하고자 하였다. 먼저 사암의
본 연구에서는 BET 분석법을 사용하여 반응 전과 후 암석 입자 표면의 비표면적과 미세기공의 변화를 확인함으로써 초임계 CO₂에 의해 암석 표면에서 나타나는
지화학적 풍화를 확인하고자 하였다.
본 연구에서는 지중저장 조건에서 초임계CO2-암석-
지하수 반응시간에 따른 지하수 내 용존 양이온의 농
도 변화를 측정하여 지하수 100 ml에 용존하는 양이
온의 질량(g)을 계산함으로써, 용해반응을 일으키는 암
석 내 주요 성분들과 용해정도를 밝히고자 하였다. 직

제안 방법

지중 주입된 초임계CO₂에 의한 암석의 지화학적 풍화반응 실험 전 암석의 광물학적 특성을 규명하기 위해 채취한 사암과 이암시료에 대하여 편광현미경을 이용한 모달분석(modal analysis)을 실시하였고, XRD(XRay Diffractometer; Ultima VI, Rigaku) 분석을 통하여 암석 내 분포하는 주요 광물들의 분포비율을 측정하였다. 3종류의 사암과 이암 시료에 대하여 각각 2개의 박편을 만들어 편광현미경을 이용하여 주 구성
광물을 규명하였으며, 사암과 이암 시료 각각에 대하여 3개 씩 선택하여 XRD 분석을 실시하였다. CO₂지중 주입 및 저장 능력을 평가하는데 암석의 공극률
랩이 지하수에 잠기게 하였다. 고압셀 외부는 열선재
킷으로 피복하여 50 oC를 유지시켰고, CO2 기체(순도
99.99 %)를 유압펌프를 이용하여 100 bar로 유지하고
있는 고압셀 내부에 주입하여 셀 내부 빈 공간을 채움
으로써 초임계상태의 CO2가 지하수에 용해되어 암석
슬랩과 총 60일 동안 반응하게 하였다. Fig.
2에 흐름도와 사진으로 나타내었다. 반응 전, 반응 후 10일, 30일, 60일 간격으로 암석 시료에 대하여 XRD, BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석을 실시하여 반응시간에 따른 암석의 지화학적 풍화를 규명하고자 하였다. XRD(X-ray Diffractometer; Ultima Ⅵ, Rigaku)는 결정성 시료에 입사되는 X-선이 Bragg 법칙을 만족할 때 얻어지는 X-선 회절패턴으로부터 광물의 결정구조 분석을 통한
에 사용된 암석 슬랩 및 실험 과정을 나타내었다. 반
응 후 10일 간격으로 고압셀 내부의 지하수 2 ml 씩
채수하여 ICP/OES로 지하수 내 용존 이온들의 농도를
분석하여 반응 시간에 따라 셀 내부 지하수 100 ml
내 용존하는 양이온 질량을 계산하였다(채수한 양만큼
셀에 지하수를 다시 보충함).
은 중요한 변수로 성공적인 CO₂ 지중저장을 위해서 주입 전 측정되어야 할 필수 물성이다. 본 실험에서는 수은 공극률 측정법을 사용하여 반응실험 전 사암시료에 대하여 각각 3개의 공극률을 분석하였다.
본 연구를 통하여 포항분지 하부 사암에 CO₂를 주입하는 경우 초임계CO₂-암석-지하수 반응이 활발하게 일어나며, 이러한 광물의 용해 및 침전반응은 결국 암석물성을 변화시킨다는 것을 초임계CO₂-암석-지하수 반응시간에 따른 암석 입자의 XRD, BET 분석을 통해 입증하였다. 반응 60일 동안 포항분지 사암과 이암 모두 방해석, 사장석과 알칼리장석을 중심으로 용해반응이 일어났으며, 방해석, 황철석과 점토광물 등의 2차
본 연구에서는 실제 포항분지 심부 대수층을 구성하고 있는 포항분지 사암과 이암을 대상으로 고압셀을 사용하여 초임계CO2-암석-지하수 반응을 유도하여 반응시간 별로 대상 암석의 지화학적/광물학적 풍화 정도를 측정하였다. 포항분지에 CO₂를 주입하는 경우 저장암과 덮개암으로 작용할 사암과 이암에 대하여 초임계CO₂-암석-지하수 반응을 정량적으로 모사하기위하여 CO₂ 지중 저장 조건(50 oC; 100 bar)을 스테인레스강철재질의 고압셀(재빈공업사 제작; 내부 용량: 200 ml) 내부에 재현하였다.
시추한 포항분지 사암시료(이후로는 ‘S’로 표기)와 이암시료(이후로는 ‘C’로 표기)가 미고결 상태임을 감안하여 암석시료는 상온에서 건조시킨 후 고무망치를 사용하여 입자상으로 분쇄하여 사용하였다.
포항분지에 CO₂를 주입하는 경우 저장암과 덮개암으로 작용할 사암과 이암에 대하여 초임계CO₂-암석-지하수 반응을 정량적으로 모사하기위하여 CO₂ 지중 저장 조건(50 oC; 100 bar)을 스테인레스강철재질의 고압셀(재빈공업사 제작; 내부 용량: 200 ml) 내부에 재현하였다. 유압펌프(P-50 pump; Thar 회사제품)와 배출압력조절장치(Automated BPR; Thar 회사
제품)를 각각 셀에 연결한 후 자동압력제어 프로그램(Thar 회사 제품)을 이용하여 셀 내부 압력을 100 bar로 고정하였으며, 열선재킷(heating jacket; TC200P,
Misung Scientific)으로 셀 외부를 피복시켜 셀 온도를 50 oC로 일정하게 유지하였다. 순도 99.
시추한 포항분지 사암시료(이후로는 ‘S’로 표기)와 이암시료(이후로는 ‘C’로 표기)가 미고결 상태임을 감안하여 암석시료는 상온에서 건조시킨 후 고무망치를 사용하여 입자상으로 분쇄하여 사용하였다. 입자상의 암석시료 30 g과 지하수 100 ml를 고압셀에 넣어 암석시료들이 지하수에 잠기게 하였으며, 유압펌프와 배출압력조절장치를 이용하여 고압셀 내부로 100 bar를 유지시킨 후 가스상의 CO₂(순도 99.9 %)를 주입하여 고압셀의 빈 공간을 초임계CO2로
채움으로써, 지하수에 용해된 초임계CO2에 의한 암석 풍화반응을 총 60일 동안 유지시켰다. 고압셀 내부는 teflon으로 코팅하여 반응 시 고압셀 성분에 의한 영향을 배제하였다.
지중 주입된 초임계CO₂에 의한 암석의 지화학적 풍화반응 실험 전 암석의 광물학적 특성을 규명하기 위해 채취한 사암과 이암시료에 대하여 편광현미경을 이용한 모달분석(modal analysis)을 실시하였고, XRD(XRay Diffractometer; Ultima VI, Rigaku) 분석을 통하여 암석 내 분포하는 주요 광물들의 분포비율을 측정하였다. 3종류의 사암과 이암 시료에 대하여 각각 2개의 박편을 만들어 편광현미경을 이용하여 주 구성
직사각형 형태의 사암과 이암 슬랩(1.5 cm × 4 cm × 0.5 cm 크기)을 각각 3개 씩 가공하여 100 ml 지하수가 채워진 고압셀(200 ml 용량)에 각각 고정시켜 슬랩이 지하수에 잠기게 하였다.
포항분지에 CO2를 지중 저장하는 경우 저장암과 덮개암 역할을 할 수 있는 대표 사암 코아 3종과 이암 코아 3종을 시추 코아로부터 분리한 후 실험을 위해 입자상으로 분쇄하거나 슬랩(1.5 cm × 4 cm × 0.5 cm)으로 제작하였다.

대상 데이터

, 2011). 본 실험에서는 2012년 한국지질자원연구원에서 CO₂ 지중 저장소 선정을 위해 포항시 북구 여남동 해안가에서 시추한 암석 코아 중에서 시추 심도 약 390 - 400 m에 해당하는 연일층군 내 사암과 이암 시료를 사용하였다. 포항분지에 CO₂를 지중 저장하는 경우 저장암과 덮개암 역할을 할 수 있는 대표 사암 코아 3종과 이암 코아 3종을 시추
1에 나타내었다. 실험에 사용된 지하수는 암석 코아 시추지점에서 가까운 경북 포항시 북구 흥해읍에서 위치한 지하 450 m 깊이의 지하수 채수정에서 채수하였으며, ICP/OES(Inductively Coupled Plasma/Optical Emission Spectrometry:
Perkin elmer, Optima 7000DV) and IC(Ion chromatography: Dionex, ICS-1000)를 이용하여 지하수 성분을 분석한 결과는 Table 1에 나타내었다. 지하수 내 Fe²⁺와 Al³⁺ 이온은 거의 없었고, Ca²⁺와 Mg²⁺농도도 2 mg/L 이하로 매우 낮았으며, 대신 Na⁺, Cl-,
5 cm)으로 제작하였다. 실험에 사용한 암석 코아 시추 지점, 지하수 채수지점을 주변 지질도와 함께 Fig. 1에 나타내었다. 실험에 사용된 지하수는 암석 코아 시추지점에서 가까운 경북 포항시 북구 흥해읍에서 위치한 지하 450 m 깊이의 지하수 채수정에서 채수하였으며, ICP/OES(Inductively Coupled Plasma/Optical Emission Spectrometry:

성능/효과

암석의 풍화 특성을 파악하고자 하였다. 먼저 사암의
경우 반응시간에 따라 사장석과 알칼리 장석이 뚜렷하
게 감소하는 경향을 나타내었으며, 반응 60일 동안 사
장석은 평균 18.5 %, 알칼리 장석은 9.1 % 감소하였
다(Table 2). 반면 반응 60일 후 스멕타이트, 일라이트
다(Table 2). 반면 반응 60일 후 스멕타이트, 일라이트
는 각각 78.6 %, 16.9 % 증가하였으며, 방해석도 약
10 % 증가하였다. 다른 광물들은 반응 시간에 따라
초임계CO₂-암석-지하수 반응시간에 따른 암석 입자의 BET 분석 결과를 Table 4와 Table 5에 나타내었다. 반응 60일 동안 사암과 이암 입자의 평균 비표면
적은 증가하였으며, 평균 미세공극 크기는 감소하였다.
본 연구를 통하여 포항분지 하부 사암에 CO₂를 주입하는 경우 초임계CO₂-암석-지하수 반응이 활발하게 일어나며, 이러한 광물의 용해 및 침전반응은 결국 암석물성을 변화시킨다는 것을 초임계CO₂-암석-지하수 반응시간에 따른 암석 입자의 XRD, BET 분석을 통해 입증하였다. 반응 60일 동안 포항분지 사암과 이암 모두 방해석, 사장석과 알칼리장석을 중심으로 용해반응이 일어났으며, 방해석, 황철석과 점토광물 등의 2차
광물 생성도 함께 일어났다. 반응시간이 증가함에 따라, 사암과 이암입자의 비표면적은 증가하였고, 입자 내 미세공극의 평균 크기는 반응시간에 따라 지속적으로 감소하는 것으로 나타나, 초임계CO₂-암석-지하수 반응에 의해 암석 입자 표면이 용해되어 미세 공극들이 생김으로써 비표면적이 증가하고, 암석 내 공극률의 증가를 초래하여 CO₂의 이동을 촉진시키고 저장량 증대를 가져올 것으로 판단되었다.
반응 전 8.72이었던 지하수의 pH는 반응 10일 후에
평균 6.35으로 감소하였으며, 반응 30일 후에는 5.39까
지 떨어졌으며 반응 60일 후에는 5.36을 나타내었고 이 후에는 pH가 5.2 - 5.4로 유지되는 것으로 나타났다.
생성된 미세 기공들에 의해 미세공극의 평균 크기가 감소한 것으로 판단된다. 반응 전 사암입자의 평균 비표면적은 27.3 m²/g 이었으며, 반응 60일 후 28.6 m²/g
으로 4.8 % 증가하였다(Table 4). 이암의 경우 평균
침전이 반복됨에 따른 결과로 판단된다. 반응시간에 따
른 사암의 광물 분포 변화 분석 결과, 초임계CO₂-사암
-지하수 반응에 의해 사장석과 알칼리 장석을 중심으
로 암석 내 광물들의 용해가 활발히 일어나 지하수 내
많은 양이온들을 공급했을 것으로 생각되며, 동시에 지
하수 내 공급된 양이온들을 일부 소모하여 일라이트,
스멕타이트와 같은 점토광물들과 방해석, 녹니석 등의
2차 광물들이 우선적으로 생성된 것으로 나타났다.
었다. 반응시간에 따른 암석의 XRD 분석 결과, 반응
시간에 따른 광물들의 분포비는 변화가 심한 것으로
나타나 암석마다 초임계CO₂-암석-지하수 반응에 의한
광물 풍화는 매우 다양하게 발생하는 것을 알 수 있었
다. 다만 포항분지 사암과 이암의 특정 광물들은 반응
광물 생성도 함께 일어났다. 반응시간이 증가함에 따라, 사암과 이암입자의 비표면적은 증가하였고, 입자 내 미세공극의 평균 크기는 반응시간에 따라 지속적으로 감소하는 것으로 나타나, 초임계CO₂-암석-지하수 반응에 의해 암석 입자 표면이 용해되어 미세 공극들이 생김으로써 비표면적이 증가하고, 암석 내 공극률의 증가를 초래하여 CO₂의 이동을 촉진시키고 저장량 증대를 가져올 것으로 판단되었다. 부정적인 측면으로는 아직 다양한 포항분지 암석에 대한 실험 자료가 아직 충분하지 않으나, 실험결과로부터 주입된 CO₂에 의한 포항분지 이암의 지화학 반응도 비교적 짧은 시간 내에
9 % 증가하였다(Table 3). 방해석과 녹니석은 반응시간에 따라 증가와 감소를 반복하였으며 이암 시료별 증가와 감소 변화가 다양하게 나타났다. 이암의 XRD 분석 결과를 종합해보면 초임계CO₂-이암-지하수 반응 시 사암의 반응과 유사하게 사장석과 알칼리 장석이 가장 두드러지게 용해되어 지하수 내 양이온을 공급했을 것으로 보인다.
침전이 많이 일어났다. 방해석의 경우 반응에 의해 용해가 활발히 일어나 장석과 함께 지하수의 Ca²⁺ 농도를 높이나, 일부는 다시 2차 침전에 의한 방해석과 Ca²⁺를 함유한 광물 생성에 관여하는 것으로 나타났다.
본 실험결과는 기존의 연구에서 초임계CO2 주입에 의한 암석의 풍화반응이 긴 시간에 걸쳐 일어날 것으로 예상했던 것과는 다르게(Gunter et al., 1993; Xu et al., 2004; Strazisar et al., 2009), 초임계CO2 주입 시 사암 중 Ca-Na가 풍부한 장석류와 운모류의 풍화가 짧은 시간 내에 일어날 수 있음을 보여주며, 실제 CO2 지중 저장 시 지중 저장 대상 암석의 풍화도에 대한 정량적 자료에 근거한 부지 선정이 중요하다는 것을 의미한다.
성 광물로 나타났다. 사암에 비해 장석류보다 석영이 많았으며(30 % 내외), 운모, 일라이트, 황철석의 비율이 높은 대신 방해석, 카올리나이트, 불소인회석의 비율이 낮았고, 사암과 같이 다수의 점토광물을 포함하고 있었다. 편광현미경을 사용한 모달분석과 XRD 분석 결과를 통하여 암석(사암과 이암)의 광물 조성 중
수은 공극률 측정법을 사용하여 반응실험 전 포항분지
사암 시료 3개의 공극률을 분석한 결과, 포항분지 사
암(S1-S3)의 공극률은 각각 27.97%, 25.56%, 27.95%
로 나타나(평균 27.16 %), 기존 연구에서 지중저장 대
상 사암의 일반적인 공극률과 비교하였을 때(Forster
et al., 2010; Medina et al., 2011; Lu et al., 2012),
CO₂ 지중저장에 필요한 공극률을 만족시키는 것으로
확인되었다.
9 % 감소하였음)(Table 5). 이러한 결과는 초임계CO₂ 주입 시, 지화학 풍화반응에 의한 사암의 물성
변화보다 이암의 변화가 더 클 수 있다는 것을 의미한다. 암석 입자의 표면적과 미세공극 크기 변화는 공극률과 투수계수와 같은 암석의 물성변화를 초래하여 공극 내 CO₂ 거동을 변화시킬 수 있으므로, 향 후 이러한 암석의 물성 변화가 CO₂ 지중저장에 긍정적으로 작용할 수 있는지에 대한 추가 연구가 필요하다.
이러한 결과는 초임계CO₂-암석-지하수 반응에 의해 암석 광물 일부가 용해되어 입자 내 미세한 공극이 생겨 비표면적이 증가한 것으로 보이며, 이로 인해 추가로
생성된 미세 기공들에 의해 미세공극의 평균 크기가 감소한 것으로 판단된다. 반응 전 사암입자의 평균 비표면적은 27.
이암과 반응한 지하수의 용존 이온 농도 변화도 사암의 경우와 동일한 패턴으로 나타났는데, Si4+, Mg2+ , Ca2+ , K+와 Na+농도는 반응 전 1.99 mg/L, 1.78 mg/L, 17.78 mg/L과 137.7 mg/L에서 반응 60일 후 평균 39.55 mg/L, 98.11 mg/L, 31.00 mg/L과 155.65 mg/L로 각각 증가하였으며 지하수의 Si4+ 농도는 반응 전 9.61 mg/L에서 반응 60일 후 평균 9.13 mg/L 으로 큰 변화는 없었다.
방해석과 녹니석은 반응시간에 따라 증가와 감소를 반복하였으며 이암 시료별 증가와 감소 변화가 다양하게 나타났다. 이암의 XRD 분석 결과를 종합해보면 초임계CO₂-이암-지하수 반응 시 사암의 반응과 유사하게 사장석과 알칼리 장석이 가장 두드러지게 용해되어 지하수 내 양이온을 공급했을 것으로 보인다. 사암에 비해 방해석의 2차 광물의 침전보다는 카올리나이트의
일라이트는 사암보다 더 증가하여 평균 42.3 % 증가
를 나타내었고, 황철석은 사암과 달리 감소하였으며,
대신 카올리나이트가 60.9 % 증가하였다(Table 3). 방해석과 녹니석은 반응시간에 따라 증가와 감소를 반복하였으며 이암 시료별 증가와 감소 변화가 다양하게 나타났다.
, 1998). 전체적으로 석영과
장석이 가장 많이 함유 되어있었으나 기질이 암석전체
의 30 % 이상을 차지하는 이질사암으로 나타났다. 이
Perkin elmer, Optima 7000DV) and IC(Ion chromatography: Dionex, ICS-1000)를 이용하여 지하수 성분을 분석한 결과는 Table 1에 나타내었다. 지하수 내 Fe²⁺와 Al³⁺ 이온은 거의 없었고, Ca²⁺와 Mg²⁺농도도 2 mg/L 이하로 매우 낮았으며, 대신 Na⁺, Cl-,
HCO₃- 농도가 높았다.
이러한 양이온의 증가는 사암과 비슷하게 사장석, 정장석, 방해석 과 녹니석 등의 1차 광물들이 용해되어 지하수 내 양이온을 공급해주었기 때문으로 생각된다. 지하수에 용해된 5종의 대표 양이온 농도 변화 값으로부터 반응시간별 셀 내 지하수 100 ml 내 용존하는 대표 양이온의 질량(g)을 계산한 결과, 총 60일 동안의 초임계CO₂-암석-지하수 반응에 의해 사암과 이암 모두 양이온의 용해량이 침전량보다 많아 지하수에 용존한 양이온의 총 질량이 평균 약 80%이상 증가하였고(Table 6), 이는 포항분지 사암층에 CO₂를 주입하는 경우 주입 초기단계에서 지화학 풍화반응이 활발히 진행되며 특히 용해반응에 의한 암석의 물성변화가 발생할 수 있음을 의미한다. 사암과 이암에서 장석류, 운모류의 용해에 의해 지하수 내 Ca²⁺,Na⁺ , Mg²⁺ 등의 양이온이 크게 증가하였으며, 이러한 결과는 이전에 언급한 XRD와 BET 분석결과와도 일치한다.
초임계CO₂-이암-지하수 반응시간에 따른 이암의
XRD 분석 결과 사암의 경우와 비슷하게 사장석과 알
칼리 장석의 용해에 의한 감소가 뚜렷하게 나타나 반
응 60일 후 각각 20.3 %와 15.2 %로 감소하였다.
사암에 비해 장석류보다 석영이 많았으며(30 % 내외), 운모, 일라이트, 황철석의 비율이 높은 대신 방해석, 카올리나이트, 불소인회석의 비율이 낮았고, 사암과 같이 다수의 점토광물을 포함하고 있었다. 편광현미경을 사용한 모달분석과 XRD 분석 결과를 통하여 암석(사암과 이암)의 광물 조성 중
비율이 높은 장석류, 방해석과 점토입자의 기질들이 초
임계CO₂와 반응 시 큰 역할을 할 것으로 예상되었다.
보다 컸다. 표면적 증가 현상은 평균 미세공극 크기
분석 결과와도 일치하는데, 이암의 평균 미세공극 크
기는 반응 60일 후 21.6 % 감소하였다(사암의 경우에
는 5.9 % 감소하였음)(Table 5). 이러한 결과는 초임계CO₂ 주입 시, 지화학 풍화반응에 의한 사암의 물성

후속연구

반응시간이 증가함에 따라, 사암과 이암입자의 비표면적은 증가하였고, 입자 내 미세공극의 평균 크기는 반응시간에 따라 지속적으로 감소하는 것으로 나타나, 초임계CO₂-암석-지하수 반응에 의해 암석 입자 표면이 용해되어 미세 공극들이 생김으로써 비표면적이 증가하고, 암석 내 공극률의 증가를 초래하여 CO₂의 이동을 촉진시키고 저장량 증대를 가져올 것으로 판단되었다. 부정적인 측면으로는 아직 다양한 포항분지 암석에 대한 실험 자료가 아직 충분하지 않으나, 실험결과로부터 주입된 CO₂에 의한 포항분지 이암의 지화학 반응도 비교적 짧은 시간 내에
활발히 일어나는 것으로 밝혀져, CO₂ 지중 저장 시 덮개암으로 사용될 경우 활발한 지화학 반응이 저장된 CO₂의 누출에 어떤 영향을 미칠지에 대한 정량적 실험과 용해/침전반응을 조절할 수 있는 방법 개발에 대한 향후 연구가 필요할 것으로 판단된다.
변화보다 이암의 변화가 더 클 수 있다는 것을 의미한다. 암석 입자의 표면적과 미세공극 크기 변화는 공극률과 투수계수와 같은 암석의 물성변화를 초래하여 공극 내 CO₂ 거동을 변화시킬 수 있으므로, 향 후 이러한 암석의 물성 변화가 CO₂ 지중저장에 긍정적으로 작용할 수 있는지에 대한 추가 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CCS 기술의 단계는?	CCS 기술은 발전소, 제철소 등과 같은 대규모 발생원에서 CO2를 회수하는 포집단계, 포집된 대량의 CO2를 액체나 초임계상태와 같은 고밀도로 가압 및 냉각하여 저장소까지 파이프라인이나 선박 등을 이용하여 이송하는 수송단계, 그리고 수송된 CO2를 지하 저장소에 주입하는 저장단계 기술로 나눌 수 있다(Bachu et al., 1995).
	2011년 기준 우리나라의 CO2 배출순위는?	, 2010). 우리나라는 2011년 CO2 배출순위 세계 7위를 기록하였고, 1990년 배출량이 2.6억 톤에서 2011년에는 7.
	CCS 기술 중 대수층에 저장하는 기술의 특징은?	, 1995). 이 중 육상과 해상의 대수층에 CO2를 저장하는 기술은 지하 800 m 이상의 심도에 CO2를 주 입하여 초임계유체 상태로 지층 내 공극이나 구조적트랩에 1차 저장시킨 후, 일정한 시간이 경과되면서 주변 암석이나 지중 유체와 반응하여 용해되거나 2차광 물로 침전되어 장기간 저장(격리)키는 과정을 포함한다 (Ortoleva et al., 1998).

참고문헌 (35)

Bachu, S., Gunter, W.D. and Perkins, E.H. (1995) Aquifer disposal of $CO_2$ -hydrodynamic and mineral trapping. Energy Conversion and Management, v.35, p.269-279.
Bae, E.J., Lee, J.J., Kim, Y.H., Choi, K.H. and Yi, J.H. (2009) Sample Preparation and Analysis of Physico-Chemical Properties for Safety Assessment of Manufactured Nanomaterials. J. of the Korean Society for Environmental Analysis, v.12, n.2, p.59-73.
Chae, G.T., Yun, S.T., Choi, B.Y., Kim, K.J. and Shevalier. M. (2005) Geochemical Concept and Technical Development of Geological $CO_2$ Sequestration for Reduction of $CO_2$ . Econ. Environ. Geol., v.38, n.1, p.1-22.
Chae, K.S., Lee, S.P., Yoon, S.W. and Matsuoka, T. (2010) Trends of Underground $CO_2$ Storage Technology for the Large scale Reduction of GHG. Journal of Korean Society for Rock Mechanics, v.20, n.5, p.309-317.
Chiaramonte, L., Zoback, M., Friedmann, J., Stamp, V. and Zahm, C. (2011) Fracture Characterization and Fluid Flow Simulation with Geomechanical Constraints for a $CO_2$ -EOR and Sequestration Project Teapot Dome Oil Field, Wyoming, USA. Energy Procedia, v.4, p.3973-3980.

상세보기
Choi, B.Y., Chae, G.T., Kim, K.H., Koh, Y.K. and Yun, S.T. (2009) Application of conceptual reactive transport modelint to geologic $CO_2$ sequestration. Journal of the Geological Society of Korea, v.45, n.1, p.55-67.
Darwish, N.A. and Hilal, N. (2010) A simple model for the prediction of $CO_2$ solubility in H20-NaCl system at geological sequestration conditions. Desalination, v.260, p.114-118.

상세보기
Egawa, K., Hong, S.K., Lee, H.J., Choi, T.J., Lee, M.K., Kang, J.G., Yoo, K.C., Kim, J.C., Lee, Y.I., Kihm, J.H. and Kim, J.M. (2009) Preliminary evaluation of geological storage capacity of $CO_2$ in sandstones of the Sindong Group, Gyeongsang Basin(Cretaceous). J. Geol. Soc. Kor., v.45, p.463-472.
Faure, G. (1998) Principles and applications of geochemistry: A comprehensive textbook for geology students 2 nd edition, Prentice Hall, 600p.
Forster, A., Schoner, R., Forster, H.J., Norden, B., Blaschke, A.W., Luckert, J., Beutler, G., Gaupp, R. and Rhede, D. (2010) Reservoir characterization of a $CO_2$ storage aquifer: The Upper Triassic Stuttgart Formation in the Northeast German Basin. Marine and Petroleum Geology, v.27, p.2156-2172.

상세보기
Gaus, I. (2010) Role and impact of $CO_2$ -rock interactions during $CO_2$ storage in sedimentary rocks. International Journal of Greenhouse Gas Control, v.4, p.73-89.

상세보기
Gunter, W.D., Perkins, E.H. and McCann, T.J. (1993) Aquifer disposal of $CO_2$ -rich gases, reaction design for added capacity. Energy Conversion and Management, v.34, p.941-948.

상세보기
Huh, C., Kang, S.G. and Ju, H.H. (2011) Consideration of Carbon dioxide Capture and Geological Storage (CCS) as Clean Development Mechanism (CDM) Project Activities: Key Issues Related with Geological Storage and Response Strategies. Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, v.14, n.1, p.51-64.

원문보기 상세보기
IEA (International Energy Agency) (2010) Energy Technology Perspectives 2010: Scenarios and Strategies to 2050, OECD (Organization for Economic Cooperation and Development)/ IEA, Paris, France.
IPCC, 2005, Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Cambridge University Press.
IWR (International Economic Platform for Renewable Energies) (2012) Climate: Global $CO_2$ emissions rise to new record level in 2011, press on Renewable Energy Industry, Germany. http:/./www.cerina.org/co2-2011.
Kang, H., Baek, K., Wang, S., Park, J., Lee, M. (2012) Study on the dissolution of sandstones in Gyeongsang basin and the calculation of their dissolution coefficients under $CO_2$ injection condition. Econ. Environ. Geol., v.45, n.6, p.661-672.

원문보기 상세보기
Kim, G.H., Kim, J.H., Kim, S.S., Park, D.B. and Lee, Y.I. (1998) Study of Petroleum geology of Pohang basin, Korea. Korean Jour. of Petrol. Geol., 5th Proceedings, p.48-55.
Koschel, D., Coxam, J-Y., Rodier, L. and Majer, V. (2006) Enthalpy and solubility data of $CO_2$ in water and NaCl(aq) at conditions of interest for geological sequestration. Fluid Phase Equilibria, v.247, p.107-120.

상세보기
Kwon Y.K. (2011) Secure of Geological Formations of $CO_2$ storage : A Suggestion of Methodology through case stouy. 1st Korea CCS Conference.
Lee, B.J. and Song, K.Y. (1995) Interpretation of geologic structure in Tertiary Pohang basin, Korea. Econ. Environ. Geol., v.28, n.1, p.69-77.
Liu, F., Lu, P., Griffith, C., Hedges, S.W., Soong, Y., Hellevang, H., Zhu, C. (2012) $CO_2$ -brine-caprock interaction: Reactivity experiments on Eau Claire shale and a review of relevant literature. International Journal of Greenhouse Gas Control, v.7, p.153-167.

상세보기
Lu, J., Kordi, M., Hovorka. S.D., Meckel, T.A. and Christopher, C.A. (2012) Reservoir characterization and complications for trapping mechanisms at Cranfield $CO_2$ injection site. Greenhouse Gas Control, In Press, Corrected Proof.
Medina, C.R., Rupp, J.A. and Barnes, D.A. (2011) Effects of reduction in porosity and permeability with depth on storage capacity and injectivity in deep saline aquifers: A case study from the Mount Simon Sandstone aquifer. International Journal of Greenhouse Gas Control, v.5, p.146-156.

상세보기
Noh, H.J., Huh, C. and Kang, S.G. (2012) Analysis of Modality and Procedures for CCS as CDM Project and Its Countmeasures. Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, v.15, n.3, p.263-272.

원문보기 상세보기
Ortoleva, P.J., Dove, P. and Richter, F. (1998) Geochemical perspective on $CO_2$ sequestration. U.S. Department of Energy Workshop on 'Terrestrial Sequestration of $CO_2$ -An assessment of Research Needs', Gaithersburg, MD, May 10-12.
Park, Y.C., Huh, D.G., Yoo, D.G., Hwang, S.H., Lee, H.Y. and Roh, E. (2009) A review of business model for $CO_2$ geological storage project in Korea. Journal of Korean Society for Geosystem Engineering, v.45, p.381-393.
Park, K.G., Hwang, S.H., Lee, C.H., Park, I.H. and Park, Y.C. (2011) Site Investigation of Pilot Scale $CO_2$ Sequestration by Instance of Seismic Reflection Method in Pohang, Korea. 1st Korea CCS Conference.
Preston, C., Monea, M., Jazrawi, W., Brown, K., Whittaker, S., White, D., Law, D., Chalaturnyk, R. and Rostron, B. (2005) IEA GHG Weyburn $CO_2$ monitoring and storage project. Fuel processing Technology, v.86, p.1547-1568.

상세보기
Son, M. (1998) Formation and Evolution of the Tertiary Miocene Basins in southeastern Korea: Structural and Paleomagnetic Approaches. Ph.D. Thesis, Pusan National University, Pusan, korea, p.233(In korean with English abstract)
Strazisar, B.R., Wells, A.W., Diehl, J.R., Hammack, R.W. and Veloski, G.A. (2009) Near-surface monitoring for the ZERT shallow $CO_2$ injection project. Greenhouse Gas Control, v.3, p.736-744.

상세보기
Wang, S.K., Lee, Y.I., Kim, H.J. and Lee, M.H. (2008) Characterization and evaluation of geologic formations for geological sequestration of carbon dioxide. Report of Carbon Dioxide Reduction & Sequestration R&D.
Xu, T., Apps, J.A. and Pruess, K. (2004) Numerical simulation of $CO_2$ disposal by mineral trapping in deep aquifers, Applied Geochemistry, v.19, p.917-936.

상세보기
Yoon, S. (2010) Tectonic History of the Tertiary Yangnam and Pohang Basins, Korea. Journal of th Geological Society of Korea, v.46, n.2, p.95-110.
Zhang, L., Wang, S., Zhang, L., Ren, S. and Guo, Q. (2009) Assessment of $CO_2$ EOR and its geo-storage potential in mature oil reservoirs, Shengli Oilfield, China. Petroleum Exploration and Development, v.36, p.737-742.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증