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 Basin원문보기
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 사암과 역암에 대하여, 지중 저장 조건에서 $scCO_2$를 저장암 내부로 주입하는 경우, 공극 내 존재하는 지하수를 대체하여 저장되는 $scCO_2$ 대체저장효율(displacementefficiency)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 지질조사 및 물리탐사 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.
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 사암과 역암에 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 지질조사 및 물리탐사 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.
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 ...
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 to measure the $scCO_2$ displacement efficiency of the conglomerate and the sandstone in Janggi basin, which are classified as available $CO_2$ storage rocks in Korea. The high pressurized stainless steel cell containing two different walls was designed and undisturbed rock cores acquired from the deep drilling site around Janggi basin were used for the experiments. From the lab experiments, the average $scCO_2$ displacement efficiency of the conglomerate and the sandstone in Janggi basin was measured at 31.2% and 14.4%, respectively, which can be used to evaluate the feasibility of the Janggi basin as a $scCO_2$ storage site in Korea. Assuming that the effective radius of the $CO_2$ storage formations is 250 m and the average thickness of the conglomerate and the sandstone formation under 800 m in depth is 50 m each (from data of the drilling profile and the geophysical survey), the $scCO_2$ storage capacity of the reservoir rocks around the probable $scCO_2$ injection site in Janggi basin was calculated at 264,592 metric ton, demonstrating that the conglomerate and the sandstone formations in Janggi basin have a great potential for use as a pilot scale test site for the $CO_2$ storage in Korea.
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 to measure the $scCO_2$ displacement efficiency of the conglomerate and the sandstone in Janggi basin, which are classified as available $CO_2$ storage rocks in Korea. The high pressurized stainless steel cell containing two different walls was designed and undisturbed rock cores acquired from the deep drilling site around Janggi basin were used for the experiments. From the lab experiments, the average $scCO_2$ displacement efficiency of the conglomerate and the sandstone in Janggi basin was measured at 31.2% and 14.4%, respectively, which can be used to evaluate the feasibility of the Janggi basin as a $scCO_2$ storage site in Korea. Assuming that the effective radius of the $CO_2$ storage formations is 250 m and the average thickness of the conglomerate and the sandstone formation under 800 m in depth is 50 m each (from data of the drilling profile and the geophysical survey), the $scCO_2$ storage capacity of the reservoir rocks around the probable $scCO_2$ injection site in Janggi basin was calculated at 264,592 metric ton, demonstrating that the conglomerate and the sandstone formations in Janggi basin have a great potential for use as a pilot scale test site for the $CO_2$ storage in Korea.
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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.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 역암과 사암층의 체적을 각각 9,812,500 m3으로 가정하여 scCC2 저장량을 추정하였으며, 그 결과를 Table 3에 나타내었다. scCO2의 밀도는 지중저장 조건을 100 bar, 50℃로 가정하여, 해당되는 온도-압력조건에서 Span and Wagner(1996)와 Spycher and Pruess (2005)가 제시한 밀도값을 고려하여 400 kg/m3을 사용하였으며, 공극률은 Table 2에서 제시한 평균 공극률을 사용하였다. 본 실험은 저장암 코아를 대상으로 수행되었으므로, scCO2의 대체저장효율만을 적용한 저장효율계수(NETL, 2010)값을 사용하였다.
암석 코아 상하 절단면은 중앙에 작은 홈이 있는 원통형 강철 실린더와 나사식 강철덮개로 고압셀에 고정되었으며, 작은 홈은 스테인리스 튜브에 의해 외부로 연결되어 지하수(또는 scCO2)가 고압셀 내부로 유입되거나 유출 되도록 하였다. 고압셀 주입부는 scCO2를 주입하는 유압식시린지 고압펌프와 책밸브(check-valve)로 연결되었고, 유출부는 유출압을 조절하는 고압유량계와 책밸브로 연결되었으며, 중간에 압력측정기를 설치하여 주입압과 유출압을 측정할 수 있도록 하였다. 고압셀 외부와 튜브는 50℃를 유지하도록 열선으로 피복시켰다.
이 후 지하수 주입부의 압력을 100 bar로 증가시키고, 100 bar 압력 이상에서만 유출이 될 수 있도록 셀 하부 유출압을 100 bar로 고정시켜 안정화시킴으로써, 고압셀 내부 암석 코아의 공극압이 지중저장 조건인 100 bar로 유지되게 하였다. 고압셀 하부로 15 ml 이상(최소 1 pore volume 이상)의 지하수가 유출된 후 고압셀 주입부와 유출부를 막고 고압셀 무게를 측정하여, 지하수 주입 전후 무게차이로 부터 암석코아의 실제 공극률을 계산하였다. 지하에서 scCO2를 주입하는 경우, 저장암 공극을 채우고 있는 지하수를 대신하고 공극을 채우며 저장되는 경계조건을 모사하기 위하여, 고압셀 하부 유출부는 4 L의 물과 1 L의 scCO2로 채워있으며(총 용량: 5 L), 실험 전 50℃와 100 bar로 설정된 고압탱크와 연결시켜, 저장암 공극 내 존재하는 지하수와 주입된 scCO2 가 압력 차이에 의해서 지하 심부 공극을 채워가는 과정을 고압셀 실험에서 모사하도록 경계조건을 설계하였다.
고압셀과 고압펌프/자동유압장치를 이용하여 실험실에서 이산화탄소 지중저장 조건을 재현하였으며, 시추공 JG-1와 JG-4에서 확보한 역암과 사암 코아(평균 직경 4.2 cm)에서 육안으로 균열이 관찰되지 않은 부분에 대하여 길이 6 − 7 cm로 절단한 후 상온에서 48시간 이상 건조하여 실험에 사용하였다.
두께가 1 cm인 스테인리스 니켈-크롬강철로 제작된 고압셀을 사용 하였다. 고압셀은 2중 벽으로 설계되었으며, 고압셀 내벽은 내열성 고무 튜브(두께 0.5 cm)로 만들어져 내벽과 외벽 사이는 고압으로 유지되는 물로 채워져 내벽 안과 밖의 압력 차이(100 bar)에 의해서 고압셀 내벽과 암석 코아 외벽 면이 밀착되도록 하였다. 암석 코아 상하 절단면은 중앙에 작은 홈이 있는 원통형 강철 실린더와 나사식 강철덮개로 고압셀에 고정되었으며, 작은 홈은 스테인리스 튜브에 의해 외부로 연결되어 지하수(또는 scCO2)가 고압셀 내부로 유입되거나 유출 되도록 하였다.
국내 이산화탄소 지중저장 후보지인 장기분지의 심부 대수층을 구성하고 있는 역암과 사암을 대상으로, 지중저장 조건에서 scCO2 주입에 의한 저장암의 CO2 대체저장효율을 측정하는 실험실 규모의 모사실험을 실시하였다.
먼저 자연 건조시킨 암석 코아를 고압셀에 고정시킨 후, 코아를 포함한 고압셀 전체 무게를 측정하였다. 지하 심부와 동일한 조건을 만들기 위해 고압펌프를 이용하여 고압셀 주입부와 유출부의 압력차이를 10 bar로 유지시킨 후, 인공 지하수(1차 증류수)를 고압셀에 고정된 암석 코아로 주입하였다.
본 실험에서 사용한 역암과 사암에 대하여 XRD(X-Ray Diffractometer; Pililips X“Pert-MPD) 분석과 모드분석을 실시하여 암석의 주 구성광물을 규명하였다.
저장량이 증가하므로, 저장암 선정 전 반드시 저장암의 지하 분포 특성에 대한 탐사와 해석이 필요하며, 이러한 저장암의 규모를 예측하는 과정은 다양한 지표 및 시추 조사를 통하여 가능하다. 본 연구에서는 국내 육상 지중저장 후보지인 장기분지 주변에서 수행한 대심도 시추를 통하여 채취한 역암과 사암 코아를 대상으로 실험실에서 측정한 대체저장효율 값과, 대심도시추 지역 주변 지질조사와 물리탐사 결과 자료로부터 예측된 지하 심부에 존재하는 장기분지 사암과 역암층의 평균 두께와 시추공 주변에 분포하는 분포 면적으로부터 시추 지점 주변에 부존하는 장기분지 역암층과 사암층의 규모를 가정하여 각 저장암의 scCO2 저장량을 계산하였다. 저장량 계산 결과로부터 대심도시추 부지 주변이 수 만톤 규모의 CO2 지중저장이 가능한 저장층이 존재하는 육상 지중저장 실증 시험 부지로 적합한지를 평가하였다.
고압셀 하부 유출부와 고압탱크 사이에는 고압셀에서 유출된 지하수를 포집할 수 있는 소형셀을 연결하였다. 실험 후 소형셀에 포집된 지하수량을 측정하여 공극 내 대체된 scCO2 대체저장 효율을 계산하여, 실험 전후 고압셀의 무게 차이로부터 계산된 scCO2 대체저장효율과 비교하였다.
5 cm)로 만들어져 내벽과 외벽 사이는 고압으로 유지되는 물로 채워져 내벽 안과 밖의 압력 차이(100 bar)에 의해서 고압셀 내벽과 암석 코아 외벽 면이 밀착되도록 하였다. 암석 코아 상하 절단면은 중앙에 작은 홈이 있는 원통형 강철 실린더와 나사식 강철덮개로 고압셀에 고정되었으며, 작은 홈은 스테인리스 튜브에 의해 외부로 연결되어 지하수(또는 scCO2)가 고압셀 내부로 유입되거나 유출 되도록 하였다. 고압셀 주입부는 scCO2를 주입하는 유압식시린지 고압펌프와 책밸브(check-valve)로 연결되었고, 유출부는 유출압을 조절하는 고압유량계와 책밸브로 연결되었으며, 중간에 압력측정기를 설치하여 주입압과 유출압을 측정할 수 있도록 하였다.
가 고압셀 내 암석 공극으로 주입되게 하였다. 약 3 pore volume 이상의 scCO2가 암석 코아를 통과하여 고압탱크에 포집되면 주입을 멈추고, 소형셀에 포집된 지하수 양과, 고압셀 전체의 무게 차이를 측정하여 셀 내부에서 유출된 지하수량으로부터 공극에 존재하는 scCO2 대체저장효율을 식(1)을 이용하여 계산하였다.
약 50 ml 이상의 지하수가 고압셀 외부로 유출되어 코아 내부 흐름이 안정화 될 때까지 지하수로 암석을 포화시켰다. 이 후 지하수 주입부의 압력을 100 bar로 증가시키고, 100 bar 압력 이상에서만 유출이 될 수 있도록 셀 하부 유출압을 100 bar로 고정시켜 안정화시킴으로써, 고압셀 내부 암석 코아의 공극압이 지중저장 조건인 100 bar로 유지되게 하였다. 고압셀 하부로 15 ml 이상(최소 1 pore volume 이상)의 지하수가 유출된 후 고압셀 주입부와 유출부를 막고 고압셀 무게를 측정하여, 지하수 주입 전후 무게차이로 부터 암석코아의 실제 공극률을 계산하였다.
본 연구에서는 국내 육상 지중저장 후보지인 장기분지 주변에서 수행한 대심도 시추를 통하여 채취한 역암과 사암 코아를 대상으로 실험실에서 측정한 대체저장효율 값과, 대심도시추 지역 주변 지질조사와 물리탐사 결과 자료로부터 예측된 지하 심부에 존재하는 장기분지 사암과 역암층의 평균 두께와 시추공 주변에 분포하는 분포 면적으로부터 시추 지점 주변에 부존하는 장기분지 역암층과 사암층의 규모를 가정하여 각 저장암의 scCO2 저장량을 계산하였다. 저장량 계산 결과로부터 대심도시추 부지 주변이 수 만톤 규모의 CO2 지중저장이 가능한 저장층이 존재하는 육상 지중저장 실증 시험 부지로 적합한지를 평가하였다.
먼저 자연 건조시킨 암석 코아를 고압셀에 고정시킨 후, 코아를 포함한 고압셀 전체 무게를 측정하였다. 지하 심부와 동일한 조건을 만들기 위해 고압펌프를 이용하여 고압셀 주입부와 유출부의 압력차이를 10 bar로 유지시킨 후, 인공 지하수(1차 증류수)를 고압셀에 고정된 암석 코아로 주입하였다. 약 50 ml 이상의 지하수가 고압셀 외부로 유출되어 코아 내부 흐름이 안정화 될 때까지 지하수로 암석을 포화시켰다.
지하수로 포화된 고압셀 내 암석 코아에 scCO2를 주입하기 위하여, scCO2 주입가스용기에 저장된 CO2 기체를 100 bar, 50℃ 조건을 유지하는 별도의 저장셀에 포집한 후, 고압펌프를 이용하여 고압셀의 주입압을 110 bar로 고정시켜 공극 내부와의 압력차이(Δp:10 bar)에 의해서 저장셀로부터 scCO2가 고압셀 내 암석 공극으로 주입되게 하였다.
고압셀 하부로 15 ml 이상(최소 1 pore volume 이상)의 지하수가 유출된 후 고압셀 주입부와 유출부를 막고 고압셀 무게를 측정하여, 지하수 주입 전후 무게차이로 부터 암석코아의 실제 공극률을 계산하였다. 지하에서 scCO2를 주입하는 경우, 저장암 공극을 채우고 있는 지하수를 대신하고 공극을 채우며 저장되는 경계조건을 모사하기 위하여, 고압셀 하부 유출부는 4 L의 물과 1 L의 scCO2로 채워있으며(총 용량: 5 L), 실험 전 50℃와 100 bar로 설정된 고압탱크와 연결시켜, 저장암 공극 내 존재하는 지하수와 주입된 scCO2 가 압력 차이에 의해서 지하 심부 공극을 채워가는 과정을 고압셀 실험에서 모사하도록 경계조건을 설계하였다. 고압셀 하부 유출부와 고압탱크 사이에는 고압셀에서 유출된 지하수를 포집할 수 있는 소형셀을 연결하였다.
대상 데이터
2 cm)에서 육안으로 균열이 관찰되지 않은 부분에 대하여 길이 6 − 7 cm로 절단한 후 상온에서 48시간 이상 건조하여 실험에 사용하였다. 두께가 1 cm인 스테인리스 니켈-크롬강철로 제작된 고압셀을 사용 하였다. 고압셀은 2중 벽으로 설계되었으며, 고압셀 내벽은 내열성 고무 튜브(두께 0.
이론/모형
scCO2의 밀도는 지중저장 조건을 100 bar, 50℃로 가정하여, 해당되는 온도-압력조건에서 Span and Wagner(1996)와 Spycher and Pruess (2005)가 제시한 밀도값을 고려하여 400 kg/m3을 사용하였으며, 공극률은 Table 2에서 제시한 평균 공극률을 사용하였다. 본 실험은 저장암 코아를 대상으로 수행되었으므로, scCO2의 대체저장효율만을 적용한 저장효율계수(NETL, 2010)값을 사용하였다. 실제 저장암 전체 규모에서는 주입정에서 scCO2 주입 시 부력에 의해 저장암 상부 일부만 대체되거나, 지질학적 불균질성에 의한 thief-zone 현상, 단층과 같은 지질구조, 공극들의 불연결성 등 매우 다양한 지질학적 변수들에 의해 전체 저장암체적의 평균 저장효율계수값은 본 연구에서 적용한 대체저장효율만을 적용한 값보다 작을 것으로 판단된다.
성능/효과
1%이었다. XRD 분석결과 역암과 사암 모두 석영, 알바이트, 퍼사이트, 몬몰릴로나이트, 루몬타이트(laumontite), 토수다이트(tosudite), 방해석, 흑운모 등이 주 구성 광물로 나타났다(본 논문에는 포함되지 않은 자료). 기존 연구에 의하면 암석에 존재하는 방해석, 장석류, 흑운모, 점토 광물 등은 비교적 CO2와 반응성이 큰 광물들로 알려져 있어서(Yu et al.
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).
식(2)의 저장량 계산은 저장암 공극 내에 주입된 자유상의 scCO2 양만을 고려한 것으로, 공극수에 용존되어 존재하는 용존 CO2 양을 고려하면 저장암의 총 CO2 저장량은 더 클 것으로 판단된다. 본 연구에서 추정된 저장량 산정 결과는 장기분지 주변 대심도 시추공 주변 부지가 scCO2 대체저장효율만을 고려한다면 수 만톤 규모의 육상 지중저장 실증 부지로 적합하다는 것을 입증한다.
본 실험은 저장암 코아를 대상으로 수행되었으므로, scCO2의 대체저장효율만을 적용한 저장효율계수(NETL, 2010)값을 사용하였다. 실제 저장암 전체 규모에서는 주입정에서 scCO2 주입 시 부력에 의해 저장암 상부 일부만 대체되거나, 지질학적 불균질성에 의한 thief-zone 현상, 단층과 같은 지질구조, 공극들의 불연결성 등 매우 다양한 지질학적 변수들에 의해 전체 저장암체적의 평균 저장효율계수값은 본 연구에서 적용한 대체저장효율만을 적용한 값보다 작을 것으로 판단된다.
4%로 역암 값의 절반보다 작았다. 실험 결과로부터 장기분지 대심도 시추 지역 하부에 존재하는 사암과 역암층은 scCO2 대체저장효율만을 고려하면 CO2 저장암으로서 충분한 저장능력을 가지고 있다는 것을 확인 할 수 있었다.
탐사결과 주 기반암은 유문암질(또는 데사이트질) 화산암류이었고, 이를 CO2 저장에 적합한 기저역암이 부정합으로 피복하고, 기저역암 상부는 지중저장 시 덮개암 역할을 할 데사이트질 응회암층(지표상의 성동리층과 유사)에 의해 정합으로 피복되어 있었다.
후속연구
XRD 분석결과 역암과 사암 모두 석영, 알바이트, 퍼사이트, 몬몰릴로나이트, 루몬타이트(laumontite), 토수다이트(tosudite), 방해석, 흑운모 등이 주 구성 광물로 나타났다(본 논문에는 포함되지 않은 자료). 기존 연구에 의하면 암석에 존재하는 방해석, 장석류, 흑운모, 점토 광물 등은 비교적 CO2와 반응성이 큰 광물들로 알려져 있어서(Yu et al., 2012; Kampman et al., 2014; Park et al., 2015), 이들 광물들의 지화학 반응에 의한 암석의 물성 변화가 저장암의 CO2 저장성능에 영향을 줄 수 있으므로 이들에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
다만 본 연구로부터 얻어진 scCO2 대체저장효율은 저장암 코아에 대한 실내 실험 결과로, 실제 저장암 내 지질 구조나 암석의 불균질 특성을 고려할 수 없어서 대규모의 지질학적 저장효율(geological storage efficiency) 산정 값과는 일치하지 않을 수 있다. 지중저장 지역이 다양하고 저장암의 특성도 다르다는 것을 감안하면, 실험을 통해 직접 저장암의 scCO2 대체저장효율 값을 측정하고, 이 값으로부터 저장암의 실제 저장량을 계산하여 저장부지의 적합성을 판단하는 방법은, 저장암의 공극 특성을 가장 잘 반영한 저장성능 평가 방법으로 초기 저장부지 선정에 매우 중요한 평가지표로 사용할 수 있으며, 단순히 저장부지 선정 뿐 아니라 특정 주입부지에 대하여 적절한 주입량을 결정하는 데도 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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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