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장기분지 사암과 역암 공극 내 초임계 이산화탄소 대체저장효율 측정에 의한 이산화탄소 저장성능 평가
Evaluation of the CO2 Storage Capacity by the Measurement of the scCO2 Displacement Efficiency for the Sandstone and the Conglomerate in Janggi Basin 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.49 no.6, 2016년, pp.469 - 477  

김세윤 (부경대학교 지구환경과학과) ,  김정택 (부경대학교 지구환경과학과) ,  이민희 (부경대학교 지구환경과학과) ,  왕수균 (부경대학교 에너지자원공학과)

초록
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국내 이산화탄소 지중저장 저장암의 저장성능을 평가하기 위하여, 이산화탄소 주입 시 저장암 내 공극수와 대체되는 초임계이산화탄소($scCO_2$)량을 실험실에서 측정하는 기술을 개발하였다. 국내 $CO_2$ 육상 지중저장 후보지로 판단되는 장기분지 사암역암에 대하여, 지중 저장 조건에서 $scCO_2$를 저장암 내부로 주입하는 경우, 공극 내 존재하는 지하수를 대체하여 저장되는 $scCO_2$ 대체저장효율(displacement efficiency)을 측정하였다. 국내 육상 지중저장 후보지인 장기분지 주변 대심도 시추공에서 채취한 사암과 역암 코어를 훼손하지 않고 그대로 사용하여 대체저장효율을 측정할 수 있는 '이중벽 고압셀'을 제작하였다. 시추한 암석 코아를 원형 그대로 고압셀 내부에 밀착시켜 $scCO_2$를 암석 공극 내 충분히 주입 한 후, 공극에 포화되어 있던 지하수와 대체된 $scCO_2$ 대체저장효율을 측정한 결과, 장기분지 역암과 사암의 평균 $scCO_2$ 대체저장효율은 각각 31.2%와 14.4%이었다. 장기분지 역암과 사암의 $scCO_2$ 저장량을 계산하기 위하여 대심도 시추 자료, 시추 부지 주변 지질조사물리탐사 자료로부터 주입 후보지 하부에 존재하는 장기분지 역암과 사암층의 평균 두께를 각각 50 m, 두 지층의 연장 면적을 주입공 주변으로 반경 250 m로 가정하였다. 실험으로부터 얻어진 $scCO_2$ 대체저장효율, 평균 유효 공극률, 지중저장 조건에서 $scCO_2$의 밀도값 등을 이용하여 계산된 시추공 주변 하부 장기분지 역암과 사암층의 $scCO_2$ 저장량은 264,592 t (metric ton)으로 계산되었다. 본 실험결과로부터 대심도 시추공 주변 장기분지의 역암과 사암층은 수 만톤 규모의 $CO_2$ 주입과 저장 실증 시험을 위해 충분한 저장성능을 보유하고 있는 국내 육상 $CO_2$ 지중저장 후보지임을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To evaluate the $CO_2$ storage capacity for the reservoir rock, the laboratory scale technique to measure the amount of $scCO_2$, replacing pore water of the reservior rock after the $CO_2$ injection was developed in this study. Laboratory experiments were performed ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 개발된 측정기술을 활용하여 실제 장기분지 사암과 역암을 대상으로 scCO2 주입이 이루어지는 경우, 저장암 내 격리될 수 있는 총 CO2량을 예측하고, 계산된 저장성능에 근거하여 장기분지 사암과 역암이 scCO2저장암으로서 충분한 저장능력을 가지고 있는지를 검증하고자 하였다.
  • 국내 CO2 지중저장 부지 선정을 위한 저장암의 scCO2 저장성능을 평가하기 위하여, 실제 저장암을 대상으로 scCO2의 대체저장효율을 실험실에서 직접 측정한 값을 이용하여 저장암의 저장량을 계산하고, 그 결과 값에 의해 부지를 선정하는 새로운 방법을 본 연구에서 도입하였다. 기존의 연구에서는 일반적인 저장암에 대하여 통계학적 방법으로 추정한 지질학적 저장 효율 값에 의해 저장암의 CO2 저장량을 계산하였으나, 본 연구는 지중저장 조건에서 물로 포화되어 있는 실제 저장암의 공극을 대체하는 scCO2량을 직접 측정하여 저장량을 계산하였다는 점에서 의미가 크다.
  • 기저역암의 두께와 깊이는 대심도 시추위치마다 차이는 있으나 평균 800 − 1,000 m 깊이에 위치하며 약 100 − 150 m 두께를 가지는 것으로 확인되었고, 기반암 기원의 역을 주로 함유한 역암, 역질사암, 사암으로 주로 구성되어 지표의 장기역암과 암상이 매우 유사하였다(이후 본 논문에서는 대심도 시추에서 확보한 기저역암층을 ‘장기역암층’으로 명명하였음). 따라서 본 연구에서는 장기역암층 내 포함된 역암, 역질사암, 조립질 사암층이 CO2 지중저장을 위한 저장암으로서 가능성이 있다고 판단하여, 대심도 시추 코아 중 장기역암층 내 대표적 역암과 조립질 사암 코아를 대상으로 지중 저장 온도-압력조건에서 CO2 대체저장효율을 측정하였다. 본 연구에서 사용한 역암과 사암 코아 사진, 대심도 시추지점(JG-1과 JG-4) 주변 지질도와 JG-4 시추 주상도(공극률 포함) 분석 결과는 Fig.
  • 본 연구에서는 지하 심부에서 채취한 장기분지 사암과 역암 코아를 대상으로 지중저장 조건을 재현한 후, scCO2 주입에 의해 공극 내에 대체되는 대체저장효율을 측정하여 저장암의 저장성능을 계산할 수 있는 측정기술을 개발하였다.

가설 설정

  •  따라서 본 연구에서는 역암과 사암층의 체적을 각각 9,812,500 m3으로 가정하여 scCC2 저장량을 추정하였으며, 그 결과를 Table 3에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라가 중장기 온실가스 감축 목표를 상향 조정하는 것이 필요해 보이는 이유는? 4억 톤으로 CO2 배출량 순위 세계 7위를 기록한 우리나라는 대기 중 CO2배출을 저감하기 위한 CO2 포집 및 저장(Carbon dioxide Capture and Storage: CCS)기술의 개발과 상용화가 매우 절실한 국가이다(IWR, 2012). 2015년 프랑스 파리에서 개최된 제21차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)에서는 지구평균기온 1.5oC 상승 억제를 국제사회의 최종 목표로 설정하고, 각국은 이러한 목표를 달성할 수 있는 실행 체계와 계획을 수립하는 것을 의무화 하고 있는데, 현재 한국 정부의 감축 목표인 배출전망치(BAU; Business As Usual) 대비 37% 감축은 한국의 지위를 개발도상국으로 가정하여 산정한 것으로, 향 후 중장기 온실가스 감축 목표를 상향 조정하는 것이 불가피한 실정이다(COP, 2015). CCS 기술 중에서 지하에 안전하게 격리시켜 저장하는 저장기술은 채유가 종료된 유 · 가스전, 석탄층, 암염층, 대염수층 등 저장매체의 종류에 따라 분류되는데, 특히 지하 깊이 800 m 이상 되는 대수층에 CO2 를 초임계 상태로 주입하여 저장층의 공극과 지구조적으로 형성된 공간에 격리시키는 지중저장 기술이 활발하게 연구되어 왔다(Hitchen, 1996; Holloway, 1997).
활발하게 연구가 된 CO2 포집 및 저장하는 기술은 무엇인가? 5oC 상승 억제를 국제사회의 최종 목표로 설정하고, 각국은 이러한 목표를 달성할 수 있는 실행 체계와 계획을 수립하는 것을 의무화 하고 있는데, 현재 한국 정부의 감축 목표인 배출전망치(BAU; Business As Usual) 대비 37% 감축은 한국의 지위를 개발도상국으로 가정하여 산정한 것으로, 향 후 중장기 온실가스 감축 목표를 상향 조정하는 것이 불가피한 실정이다(COP, 2015). CCS 기술 중에서 지하에 안전하게 격리시켜 저장하는 저장기술은 채유가 종료된 유 · 가스전, 석탄층, 암염층, 대염수층 등 저장매체의 종류에 따라 분류되는데, 특히 지하 깊이 800 m 이상 되는 대수층에 CO2 를 초임계 상태로 주입하여 저장층의 공극과 지구조적으로 형성된 공간에 격리시키는 지중저장 기술이 활발하게 연구되어 왔다(Hitchen, 1996; Holloway, 1997). 이산화탄소를 공간적 트랩핑으로 저장하는 경우 대수층의 scCO2 저장능력이 매우 중요한데, 기존의 연구에서는 대수층의 scCO2 저장능력이 주로 저장암의 공극률이나 투수율에 의해서 평가되었으며, 이러한 결과는 공극이 클수록 scCO2 주입 시 공극 내 scCO2 가 저장되는 양이 많을 것이라는 단순한 가정에 근거를 두고 있다(Van der Meer, 1995; Bachu et al.
기존 연구에서 대수층의 scCO2 저장능력을 평가하던 방식은 무엇인가?  CCS 기술 중에서 지하에 안전하게 격리시켜 저장하는 저장기술은 채유가 종료된 유 · 가스전, 석탄층, 암염층, 대염수층 등 저장매체의 종류에 따라 분류되는데, 특히 지하 깊이 800 m 이상 되는 대수층에 CO2 를 초임계 상태로 주입하여 저장층의 공극과 지구조적으로 형성된 공간에 격리시키는 지중저장 기술이 활발하게 연구되어 왔다(Hitchen, 1996; Holloway, 1997). 이산화탄소를 공간적 트랩핑으로 저장하는 경우 대수층의 scCO2 저장능력이 매우 중요한데, 기존의 연구에서는 대수층의 scCO2 저장능력이 주로 저장암의 공극률이나 투수율에 의해서 평가되었으며, 이러한 결과는 공극이 클수록 scCO2 주입 시 공극 내 scCO2 가 저장되는 양이 많을 것이라는 단순한 가정에 근거를 두고 있다(Van der Meer, 1995; Bachu et al., 2007).
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