• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.191-198
• /
• 2008

$CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 이용하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리 공정 중 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 $CO_2$를 포집하는 포집공정, 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 이송하는 수송공정, 이를 깊이 800m 이상의 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장하는 저장공정 등 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하고 이들이 압축 및 수송공정에 미치는 영향 등을 평가하였다. 이와 같은 연구결과에 근거하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 압축 및 수송 공정 설계 시 유용한 열역학 상태방정식을 제안하였다. 상태방정식 계산결과 간의 비교 및 영향 평가를 위하여 순수 단일성분 $CO_2$와 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송거동을 분석하였다. 순수 단일성분 $CO_2$의 압축 및 수송공정 계산결과에는 이상기체 상태방정식을 제외한 상태방정식 간에 큰 차이가 존재하지 않으나, NO, Ar 그리고 $O_2$ 등이 포함된 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정에는 PR 계열의 상태방정식과 BWRS 상태방정식에서 커다란 차이가 나타났다. 즉, 8bar 이상의 압력, $30^{\circ}C$ 내외의 온도 영역에서 $CO_2$ 혼합물을 서로 다른 상태로 예측하였다. 이러한 불순물의 영향으로 인하여 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정 설계에 PR계열의 PRBM 상태방정식의 적용이 BWRS식 적용보다 유용하다고 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
• /
• 제21권6호
• /
• pp.46-55
• /
• 2016

This experimental study was aimed to estimate interfacial tension of brine-$CO_2$ by using a pendant bubble method and image analysis. Measurements were performed for wide ranges of temperatures, pressures, and salinities covering reservoir conditions in Pohang basin, a possible candidate for $CO_2$ storage operation in Korea. The profiles of $CO_2$ bubbles in brine obtained from image analysis with the densities of brine and $CO_2$ from previous studies were applied to Laplace-Young equation for calculating interfacial twnsion in brine-$CO_2$ system. The experimental results reveals that the interfacial tension is significantly affected by reservoir conditions such as pressure, temperature and water salinity. For conditions of constant temperature and water salinity, the interfacial tension decreases as pressure increases for low pressures (P < $P_c$), and approaches to a constant value for high pressures. For conditions of constant pressure and water salinity, the interfacial tension increases as temperature increases for T < $T_c$, with an asymptotic trend towards a constant value for high temperatures. For conditions of constant pressure and temperature, the interfacial tension increases with increasing water salinity. The trends in changes of interfacial tension can be explained by the effects of the reservoir conditions on the density difference of brine and $CO_2$, and the solubility of $CO_2$ in brine. The information on interfacial tensions obtained from this research can be applied in predicting the migration and distribution of injecting and residual fluids in brine-$CO_2$-rock systems in deep geological environments during geological $CO_2$ sequestrations.

• 자원환경지질
• /
• 제48권1호
• /
• pp.25-39
• /
• 2015

$CO_2$ 지중저장은 국가 온실가스 감축 목표 달성에 가장 큰 역할을 담당할 것으로 평가되고 있으나, 포집분야 일부 기술을 제외하고 저장 및 실증에 대한 국내 연구는 여전히 부족한 실정이다. CCS(Carbon Capture and Storage)의 가장 큰 목표는 지하 퇴적 암반층에 $CO_2$를 안전하게 저장하는 것이며, 이를 위해서는 저장소의 저장용량 및 안정성등과 같은 지중저장 대상지층의 특성을 정확하게 파악하고 그에 맞는 주입 전략을 수립하여야 한다. 이번 연구에서는 한국석유공사가 2012년에 울릉분지에서 취득한 탄성파 탐사자료를 활용하여 $CO_2$ 저장 후보 지층에 대한 탄성파 임피던스 역산을 수행하고, 공극률의 분포와 지층의 속성을 도출하여 $CO_2$ 지중저장 가능성을 검토하였다. 우선, 탄성파 자료 역산의 신뢰도를 높이기 위해 다양한 방법의 잡음제거 기법을 적용하였고, 특히 본 자료의 주파수 및 위상 특성을 그대로 유지한 채 다중반사파를 제거할 수 있는 SWD(Shallow Water Demultiple), SRME(Surface Related Multiple Elimination), Radon Demultiple 기술을 활용하였다. 자료 역산을 위해 3개의 시추공에 대한 물리검층 자료를 분석하였는데, 탄성파 자료와의 상관도가 각각 0.648, 0.574, 0.342로 나타났으며 이는 초기 역산 모델 설정을 위한 저주파수 모델 생성에 활용하였다. 중합 전 역산을 통해 P-임피던스, S-임피던스 및 Vp/Vs 비 값을 도출하였으며, 이와 물리검층 결과의 비교, 분석을 통해 공극률 분포 양상을 확인함으로써 지중저장에 적합한 지층을 파악할 수 있었다. 향후 $CO_2$ 주입 실증을 위해서는 지층에 대한 보다 세밀한 특성 분석과 모사를 통한 주입 이후 $CO_2$ 거동예측이 필요할 것이다.

• 한국가스학회지
• /
• 제25권4호
• /
• pp.10-18
• /
• 2021

대수층에 이산화탄소를 저장하는 기술은 높은 저장능력과 경제성 때문에 지구 온난화를 완화하는 가장 효율적인 방법중 하나이다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증은 심부 대수층에 CO₂ 를 저장하는 사업으로 대규모 CO₂ 저장에 필요한 실증요소 기술을 개발하고 검증하는데 목적이 있다. 이 사업의 초기 설계 단계에서 도전적으로 직면하는 문제중 하나는 CO₂ 를 주입하는 주입관에서 주입성을 확보하는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 주입량, 압력, 온도, CO₂ 의 상변화 및 그에 따른 열역학적인 물성값 등을 계산하여 주입 조건을 계산하였다. 본 연구를 위해 기체 상태의 CO₂ 를 주입관에 주입하여 기체-액체-초임계 상의 상변화 거동 및 유동 특성의 변화를 OLGA 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. 결과를 통하여 CO₂ 의 주입 시스템과 대수층의 공저압을 연계하는 주입조건을 제시하였다.

• 자원환경지질
• /
• 제53권1호
• /
• pp.23-32
• /
• 2020

이산화탄소 지중저장은 대규모로 포집된 이산화탄소를 지하 심부의 지질구조 내로 주입하여 대기중 방출을 제한하려는 지구온난화 대응기술이다. 본 연구에서는 국내 최초의 이산화탄소 지중주입 실증 연구 지역인 포항분지의 지하 800 m 이하에서 시추된 심부 코어 시료를 대상으로 FE-SEM, XRD, XRF, MICP 등 분석을 수행하여 덮개암층을 구성하는 이암의 광물학적 특성을 규명하고 이산화탄소 지중저장의 안정성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미치는 수리지질학적 차폐능을 정량적으로 평가하고자 하였다. 광물학적 분석 결과 포항분지 영일층군 이암층은 주로 석영, K-장석, 사장석과 소량의 황철석, 방해석, 점토 광물로 이루어져 있는 것으로 나타났다. 수은 모세관 압입 시험 분석 결과, 시료는 대체적으로 균일한 입자 구성과 공극 분포를 가지고 있었으며, 산정된 공극률과 공기 투과도 사이에서 뚜렷한 상관관계는 나타나지 않았다. 산정된 공극진입압력과 돌파압력을 적용한 허용가능 CO₂ 기둥 높이는 이산화탄소 주입 대상층의 두께에 비해 현저하게 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 포항분지 영일층군의 이암층이 이산화탄소 지중저장 주입실증 사업에서 시범 주입되는 이산화탄소의 누출을 억제하기에 충분한 차폐능을 보유하고 있음을 보여주었다. 그러나, 본 연구의 결과는 제한된 수량의 시료를 분석·평가한 것으로서 그에 상응하는 제한된 의미를 지닌다. 따라서, 실제적인 이산화탄소 지중저장 과정에서 수행되는 덮개암층의 차폐능 평가를 위해서는 지층 전체 규모에 대한 다수의 시료 채취와 그에 대한 다면적 분석과 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제49권2호
• /
• pp.137-150
• /
• 2011

$CO_{2}$를 탄산염의 형태로 고정화하는 광물 탄산화 기술은 $CO_{2}$ 지중 저장의 대안 기술의 하나로 중소규모로 $CO_{2}$ 저장을 실현할 수 있는 기술로 여겨지고 있다. 이 연구에서는 광물 탄산화 기술의 전세계적인 연구 개발 동향을 파악하고, 특히 우리 나라의 지질 및 산업 여건을 고려할 때 $CO_{2}$ 광물 탄산화가 $CO_{2}$ 저감 대책이 될 수 있는지에 대한 기술적 및 경제적 타당성을 검토하였다. 그 결과 국내에서는 연간 1,200만톤 이상의 $CO_{2}$를 고정화할 수 있는 산업 부산물이 발생하고 있으며, 이를 광물탄산화에 이용한다면 $CO_{2}$ 광물탄산화는 유망한 $CO_{2}$ 저감 방안이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술의 경제성 증대를 위해서는 산업 부산물의 전처리, 금속 용출액 및 용출 방법, 고속 탄산화 기술 개발, 공정열의 이용 극대화, 생성된 탄산화물의 부가가치 향상 등의 분야에서 향후 추가적인 연구 개발이 필요할 것으로 판단된다.

• International Journal of Contents
• /
• 제13권1호
• /
• pp.45-52
• /
• 2017

Carbon Capture and Storage (CCS) technologies involve three major stages, i.e., capture, transport, and storage. The transportation stage of CCS technologies has received relatively little attention because the requirements for $CO_2$ transport differ based on the industry-related conditions, geological, and demographical characteristics of each country. In this study, we analyzed the properties of $CO_2$ transport using a pipeline. This study has important implications for ensuring the stability of a long-term CCS as well as the large cost savings, as compared to the small cost ratio as a percentage of the entire CCS system. The state of $CO_2$, network topologies, and node distribution are among the major factors that influence $CO_2$ transport via pipelines. For the analysis of the properties of $CO_2$ transport using a pipeline, the $CO_2$ pipeline connections were visualized by the simulator developed by Lee [11] based on the network topologies in $CO_2$ transport. The case of Korean CCS technologies was applied to the simulation.

• 플랜트 저널
• /
• 제9권2호
• /
• pp.42-45
• /
• 2013

이산화탄소로 대표되는 온실가스 저감이 세계적인 이슈가 됨에 따라, 이산화탄소 포집 및 저장(CCS: Carbon Capture & Storage)에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 연간 1만 톤급 이산화탄소의 지중저장용 파일럿 주입플랜트를 개발하였다. 주입플랜트의 핵심 구성품은 액상 이산화탄소를 주입조건으로 가압하는 가압펌프, 가압펌프 입구조건 확보를 위한 부스터 펌프, 초임계 상태로 이산화탄소를 승온시키는 인라인 히터 등이 있다. 개발된 구성품들을 바탕으로 전체 주입시스템을 설계, 제작하였다. 제작된 시스템의 시운전을 통하여, 인버터 조절에 따른 압력상승, 펌프 모터 회전수와 주입밸브 제어를 통한 주입압력 유지, PID 제어를 통한 온도확보가 적절히 이루어짐을 확인하였다. 전체 소비전력은 2,000 ~ 2,500 W로, 가압펌프의 소비전력이 75% 이상을 차지하였다. 본 이산화탄소 주입용 파일럿 플랜트는 향후 온실가스 저감 사업에 유일한 국산화 기기로서 다양하게 활용될 것으로 예상된다.

• 자원환경지질
• /
• 제53권2호
• /
• pp.213-220
• /
• 2020

이산화탄소(CO₂)를 대염수층에 폼 상태로 주입할 경우 그대로 주입했을 때보다 CO₂의 상대투과도가 감소하고 점성도가 증가하여 유동도가 감소한다. 이로 인해 대염수층과의 CO₂와의 접촉효율이 증가하면서 궁극적으로 CO₂ 저장효율이 향상된다. 일반적으로 CO₂ 폼 형성을 위해서 계면활성제를 사용하였는데, 최근에는 계면활성제만을 사용했을 때보다 안정적인 폼 형성을 위해서 나노입자를 이용한 연구가 많이 수행되고 있다. 이 논문에서는 나노입자 기반 CO₂ 폼을 이용한 CO₂ 저장기술에 대해서 소개하였다. 친수성 나노입자의 일부표면을 CO₂ 친화적인 부분으로 개질하면 입자는 CO₂와 물에 양친성을 나타내므로 고온, 고염도 조건의 심부 대염수층에서도 폼은 상대적으로 안정적인 상태를 유지할 수 있다. 경제적인 측면에서 나노기반 CO₂ 폼 주입공법은 일반적인 CO₂ 주입보다 비용이 증가하지만 주입 효율성이 향상되므로 가격 경쟁력이 있을 것으로 추정된다. 환경적 측면에서 살펴보자면 세계적으로 오염물질 제거, 석유생산 등 특수한 목적을 위해 대수층이나 저류층에 계면활성제나 나노물질 등의 화학물질 주입이 가능한 상황이다. 그러나 일부 연구에 의하면 나노입자나 계면활성제에는 수생동물에 영향을 줄 수 있는 독성이 있는 것으로 알려져 있기에 환경적 검증된 물질을 사용해야 할 것이다. 따라서 향후에도 추가적인 연구개발을 통해 환경적으로도 안전하면서도 경제적으로도 합리적인 나노기반 CO₂ 폼 제조 및 주입에 대한 연구가 필요할 것이다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.153-165
• /
• 2014

이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS: Carbon dioxide Capture and Storage)은 이산화탄소($CO_2$: Carbon dioxide)를 저감하여 기후변화에 대응하는 방법의 하나로 인식되고 있다. 국내에서는 해양지중저장을 통해 $CO_2$의 영구적인 격리를 목표로 연구를 진행하고 있다. 하지만, 이론적으로 안전한 해저 지층구조에 이산화탄소를 저장한다하더라도 CCS 사업과정 또는 중장기적인 지질학적 구조 변형으로 인해 저장된 $CO_2$가 해양환경으로 누출 될 가능성이 존재하기 때문에 CCS 사업 추진과정에서 환경 및 생태계 안전에 대하여 많은 관심을 기울여야한다. 만약에 $CO_2$의 누출이 발생할 경우 일차적으로 해수 및 해양퇴적물 내 공극수의 pH를 낮추게 될 것이며, 이로 인해 해양 생물은 부정적인 영향을 받을 수 있다. 따라서 해양생태계를 보호하고 안전한 해양지중저장을 위해서는 이산화탄소에 노출된 해양생물의 영향 정도를 파악하고, 정량적인 생태위해성평가를 통해 합리적인 생태영향기준을 마련하는 것이 CCS 기술의 실용화를 위해서 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 이러한 배경하에서 본 연구에서는 누출된 $CO_2$로부터 해양생태계 보호를 위한 생태영향기준 마련을 위해 $CO_2$ 노출에 따른 생물영향 자료를 기반으로 종민감도분포(SSD: Species Sensitivity Distribution)를 이용해 해양생물보호를 위한 pH 변화수준(${\delta}pH$)을 추정하여 정량적 생태위해성평가 기반의 잠정기준을 도출하였다. 정량적 생태위해성평가를 위한 생물영향자료는 미생물, 갑각류, 극피동물, 연체동물, 환형동물, 어류 등 다양한 해양생물에 대한 $CO_2$ 노출영향 평가연구자료를 비교 분석하여 확보하였다. 해양생물에 대한 $CO_2$ 노출영향 pH 범위는 6.61~8.22 이었으며, 수집된 자료로부터 무영향관찰농도(NOEC: No Observed Effect Concentrations)를 추정하고 종민감도분포를 이용하여 상위 95%의 생물종을 보호할 수 있는 ${\delta}pH$ 0.137을 추정하였다. 추정된 ${\delta}pH$는 불확실성을 고려하여 평가계수(assessment factor)를 이용하여 보정하거나, 보정없이 생태영향기준(pH 변화수준)으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 다만 본 연구에 활용된 생물영향자료가 국내 서식생물 또는 $CO_2$ 저장후보지의 지역 특이적인 생물에 대한 자료가 충분하지 않아 명확한 안전수준으로 활용되기에는 제한될 수 있을 것으로 판단된다. 추후 생물영양단계 및 지역특이적으로 서식하는 생물에 대한 충분한 생물영향자료의 보강을 통해 이러한 단점을 보완할 수 있을 것으로 기대한다.