• 자원환경지질
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• 제53권2호
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• pp.213-220
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• 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.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권2호
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• pp.215-225
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• 2019

The mechanical behavior of rock is essential to estimate the capacity and long-term stability of $CO_2$ storage in deep saline aquifers. As the depth of reservoir increases, the pressure and temperature that applied on the rock increase. To answer the question of how the confining pressure and temperature influence the mechanical behavior of reservoir rock, triaxial compression experiments were carried out on brine-saturated sandstone at elevated temperature. The triaxial compressive strength of brine-saturated sandstone was observed to decrease with increasing testing temperature, and the temperature weakening effect in strength enhanced with the increase of confining pressure. Sandstone specimens showed single fracture failures under triaxial compression. Three typical regions around the main fracture were identified: fracture band, damaged zone and undamaged zone. A function was proposed to describe the evolution of acoustic emission count under loading. Finally, the mechanism of elevated temperature causing the reduction of strength of brine-saturated sandstone was discussed.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권1호
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• pp.1-9
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• 2006

포획된 $CO_2$ 의 지질학적 저장은 기후 보호를 위한 온실가스 방출 감소의 새로운 방법이나, 유체의 땅속 주입과 관련된 기존의 확립된 기술에 근거하고 있다. 이 기술에 대해 관심있는 지층 구조는 현재 가행 중이거나 고갈된 석유, 가스층, 그리고 심부 염수 대수층이다. 저장 능력에 대한 예측은 지층구조내에서 $CO_2$의 거동 모델들에 의해 좌우되는데, 이들 모델들은 정제되고 입증될 필요가 있고 모니터링 방법들도 개발되고 증명될 필요가 있다. 이 필요성들은 모니터링 되어지는 시범이나 연구 프로젝트를 통해 충족될 수 있다. 현재 $CO_2$ 저장을 시범해 보이는 상업적 프로젝트에는 Sleipner, Weyburn, ORC, In Salah가 있으며, 연구 프로젝트로는 West Pearl Queen, Nagaoka, Frio가 있다. 이 논문에서는 모니터링 되는 주입 프로젝트들 중 몇 개에 대해 서술한다. $CO_2$ 저장에 사용되는 저류층들과 관련된 모니터링 기술들을 간단히 살펴본다. 모델들을 증명하고 기술들을 개발하기 위해 이용되는 작은 규모의 연구프로젝트들이 기후 변화 완화에 이 기술들의 실행 가능성을 확립하는 큰 규모의 모니터링되는 주입들에 유용한지에 대해서는 논란거리이다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.105-115
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• 2021

대규모로 포집된 이산화탄소를 고갈된 석유·가스 저류층, 대염수층과 같은 심부 지질구조에 주입하는 이산화탄소 지중저장은 대기중 CO2 배출을 저감하기 위한 가장 유망한 기술 중 하나로 연구되고 있다. 이산화탄소 지중저장은 공극수로 포화된 다공성 지질 구조 내부로 초임계상 이산화탄소를 주입함으로써 그 흐름이 공극수와 비혼성 대체를 일으키며 진행된다. 따라서, 공극 구조 내에서 초임계상 이산화탄소와 공극수의 거동과 분포, 그리고 그 결과로 나타나는 대체효율은 두 유체의 상호작용에 의해 좌우되는데, 특히, 점성력과 모세관력은 지질 구조 내부의 환경 조건과 주입 조건에 의해 결정된다. 본 연구에서는 상온상압조건에서 대체유체를 수적법에 적용하여 고온고압조건에서 계면활성제가 초임계상 이산화탄소와 공극수 간 계면장력에 미치는 영향을 산정하였다. 또한, 다공성 매체 내에서의 비혼성 유체의 거동과 분포 양상을 관찰함으로써 계면활성제 농도가 초임계상 이산화탄소의 대체율에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 초임계상 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 헥산과 탈이온수를 적용하는 마이크로모델 실험을 수행하였으며, 공극 구조 내로의 헥산 주입에 의한 탈이온수의 대체 과정을 정량적으로 분석하기 위하여 이미징 시스템을 통해 두 유체의 비혼성 대체 양상에 관한 이미지를 확득하여 분석하였다. 실험의 결과는 계면활성제의 첨가는 낮은 농도에서도 헥산과 탈이온수 간 계면장력을 급격하게 감소시키며 이후 농도가 증가함에 따라 일정한 값에 접근하는 양상을 보여주었으며, 이러한 변화는 다공성 매체 내부의 공극 규모에서 진입 유체의 흐름 경로에 직접적인 영향을 미침으로써 평형 상태에서 헥산의 대체율에도 동일한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 다공성 매체 내에서 일어나는 비혼성 유체의 대체에 관한 중요한 정보를 제공하며, 계면활성제의 적용이 이산화탄소 지중저장의 효율을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제13권1호
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• pp.1-12
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• 2008

이 연구는 한반도 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천에 대하여 화학성분, 안정동위원소, 삼중수소 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천유형별 온천수의 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 동해안 일대의 6개 온천지에서 11개의 온천수 시료와 14개의 가스시료를 채취하여 분석하였다. 온천수의 수리화학적 특성을 보면 오색탄산온천수를 제외한 모든 온천수의 pH는 $7.0{\sim}9.1$ 범위의 약알카리성 내지 알카리성을 보이며 오색탄산온천의 pH는 5.7의 약산성의 특성을 보였다. 온천수의 토출온도는 $25.7{\sim}68.3^{\circ}C$ 범위를 보였으며 전기전도도는 $202{\sim}7,130{\mu}S/cm$의 넓은 범위로 해운대와 동래온천은 평균 $3,890{\mu}S/cm$으로 높은 값을 보인다. 온천을 용존성분에 따른 분류하면 오색, 척산, 백암, 덕구온천은 소량의 유황가스 함유한 알카리성의 Na-$HCO_3$형으로 분류되고, 해운대와 동래온천은 높은 TDS(총용존고형물질)의 해수형 Na-Cl형을 보인다. 그리고 오색탄산온천은 약산성으로 탄산을 함유한 Na-$HCO_3$형으로 분류된다. 연구지역 온천수의 ${\delta}^{18}O$와 ${\delta}D$값은 각각 $-7.8{\sim}-11.7%o$과 $-57.3{\sim}86.4%o$의 범위를 보여 온천수가 순환수 기원임을 지시한다. 위도가 높아질수록 낮은 동위원소 조성 값을 보이는 위도효과가 잘 나타난다. 일부 해수형온천수의 삼중수소 함량은 거의 0 TU에 가까운 값을 보여 최소 약 50년 이상 체류한 물임을 알 수 있다. 오색탄산온천수를 제외한 온천수의 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.1{\times}10^{-6}{\sim}1.1{\times}10^{-6}$ 범위를 보여, 대기-지각 혼합선보다 상위에 분포한다. 이는 온천수내 He 가스가 대부분 대기와 지각기원이며, 일부는 맨틀기원의 He 가스가 부분적으로 존재한다는 것을 의미한다. 판 경계부에 위치한 일본의 온천수내 He가스는 대부분이 맨틀기원으로 알려져 있어 판 경계부에서 떨어진 우리나라의 경우와 뚜렷한 차이를 보인다. 그러나, 오색탄산온천에서는 대기기원 He 동위원소비보다 2.4배 높은 값인 $3.3{\times}10^{-6}$을 보여주어 지하 심부의 맨틀기원의 가스가 지각상부 대수층까지 공급된 것으로 해석된다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.