• 지질공학
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• 제28권1호
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• pp.35-45
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• 2018

이미징 기술은 매질 자체의 구조특성 뿐만 아니라 유체의 유동특성을 분석하기 위해 공극규모, 코어규모, 그리고 중급규모에서 다양하게 활용되고 있다. 본 기술보고에서는 코어규모에서 유동실험과 이미징기술을 연계하여 균질매질, 균열매질, 그리고 불균질매질에서의 이산화탄소($CO_2$) 유동 특성과 함께 $CO_2$ 주입시 주입관정 주변에서 발생할 수 있는 염침전 현상, 균질매질과 균열매질에서의 모세관압 평가, 그리고 $CO_2$ 주입이 완료된 이후 나타나는 포획메커니즘 평가 등에 대해 살펴보았다. 이미징기술을 통해 코어내에서 시간에 따른 $CO_2$ 플룸을 이미지화 함으로써 유동특성을 분석할 수 있으며, 특히 균열이 포함된 매질과 불균질한 매질에서의 유동 및 저장특성을 평가할 수 있다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제21권6호
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• pp.46-55
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• 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
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• 제48권1호
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• pp.25-39
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• 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.

• 지구물리와물리탐사
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• 제27권1호
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• pp.1-22
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• 2024

2050 탄소중립을 달성하기 위해 현재 전 세계적으로 이산화탄소 포집·활용·저장(Carbon Dioxide Capture Utilization and Storage, CCUS) 기술이 주목받으면서, 북미, 북해, 중동, 오세아니아 지역을 중심으로 다양한 대규모 이산화탄소 포집·저장(Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS) 사업이 활발하게 추진되고 있다. 2050년까지 연간 3,000만 톤급의 국내 저장소 확보가 중요한 국내 상황을 고려하여, 판구조론적 관점에서 해외 대규모 이산화탄소 저장소의 형성 과정과 지질구조 특징을 분석하고자 한다. 이를 위하여 해외 대규모 CCS 프로젝트를 개발 중인 북미, 북해, 오세아니아, 중동 지역의 이산화탄소 저장소의 형성 과정을 GPlates 프로그램을 활용하여 판구조론적인 관점으로 해석하였다. 또한, 각 지역을 대표하는 지중저장소에 대한 탄성파 영상화 결과를 지질구조적 측면에서 해석함으로써, 향후 국내 대규모 저장소 탐사에 활용할 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제53권4호
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• pp.491-504
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• 2020

지속적인 기후변화와 지구온난화로 인해 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약(UNFCCC) 당사국총회(COP21)에서 모든 당사국(195개국)이 온실가스 감축에 참여하는 파리협정이 체결됨에 따라 전 세계적으로 온실가스 감축에 대한 다양한 기술이 거론되고 있으며, 그 중에 CO₂를 감축시키는 것이 가장 효율적이라고 분석 되었다. 이에 따라 CO₂ 포집/저장/활용 기술(CCUS)은 CO₂ 감축의 실질적인 기여를 할 수 있는 수단으로 주목받았으며, CCUS기술 분야에 대해서 많은 국가들의 연구개발 활동이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이산화탄소 포집/저장/활용과 관련된 기술의 특허 동향 분석을 통해 CCUS 연구개발 및 전략적 지원방안 수립에 근거를 제시하고자 한다. 특허 분석은 미국, 한국, 일본, 유럽, 중국의 특허를 검색하여 총 10,137건을 수집하였고, 국가별 특허분석 결과 미국의 수가 가장 많았다. 기술별 분석에 따르면 포집에 관한 기술이 60%로 높았지만, 최근에는 활용에 관한 기술이 점점 증가하고 있는 것으로 나타난 만큼 이에 대한 기술 실증과 연구개발 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 될 것으로 보인다.

• 플랜트 저널
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• 제9권2호
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• pp.42-45
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• 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.

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

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.207-215
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• 2018

지구온난화 문제가 인류 생존을 위협하는 중대한 이슈로 떠오르면서 세계 각국은 온실가스 감축에 적극 나서고 있다. 대표적 온실가스인 이산화탄소($CO_2$)는 석탄, 석유와 같은 화석연료를 연소하는 과정에서 대량으로 방출되고 있다. $CO_2$를 포집하고 저장하는 CCS ($CO_2$ Capture & Storage) 기술은 온실가스 저감의 대표적 기술로 세계 각국에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구는 대규모 $CO_2$ 배출원에서 포집된 $CO_2$를 대상으로, 국내 최초로 해상에서 지중저장을 하기 위한 고압 주입설비의 설계 및 구축에 관한 연구다. 이를 위해 2017년초 $CO_2$ 지중 주입설비가 구축되었으며 포항시 영일만 해상 플랫폼에서 $CO_2$ 시험주입을 국내 최초로 성공하였다. 그 결과 해상주입을 위한 주입설비의 운전 요구조건과 $CO_2$ 주입 특성이 파악되었고 주입장치 운영에 관한 노하우도 얻게 되었다. 시험주입에서 얻어진 결과는 향후 장치개선과 scale-up에 활용될 예정이다.

• 한국기후변화학회지
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• 제7권3호
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• pp.351-356
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• 2016

The carbon capture and storage (CCS), which collects and stores carbon dioxide in a geological site, is a promising option to mitigate climate change. However, there is the possibility of carbon dioxide leakage from the soil in the steps of collecting, transporting, and storing. To ensure the feasibility of this technology, it is important to monitor the leakage of carbon dioxide and to assess the potential impacts. As plants are sensitive to the changes in carbon dioxide in the soil environment, we can utilize plant parameter to detect the carbon dioxide leakage. Currently, chlorophyll a content is a conventional index indicating the changes in plants, however, this method is labor intensive and it only utilizes a small portion of leaves. To overcome its limitations, a simple spectroscopic parameter, DGCI (dark green color index), was suggested as an easy and quick indicator. In this study, we compared the values of chlorophyll a contents with DGCI from the experiment investigating the impacts of high underground $CO_2$ on grape plants. Results suggest that DGCI had high correlation with chlorophyll a contents and it has high potential to be utilized as an easy indicator to monitor plants' responses to $CO_2$ treatment.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권4호
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• pp.307-319
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• 2009

이산화탄소를 포함하는 온실가스의 증가로 인한 기후변화 영향을 저감하기 위해 최근 이산화탄소의 포집 및 저장(CCS)과 관련된 많은 연구들이 이루어지고 있다. 포집된 이산화탄소의 저장은 저장용량이 큰 육상/해상의 유 가스전, 대수층, 석탄층과 같은 지질구조를 이용한다. 이산화탄소의 포집 및 저장과정에서 예상되는 가장 중요한 문제는 이산화탄소의 환경 중 유출에 의해 발생할 수 있다. 사업과정 또는 이후의 이산화탄소의 유출은 잠재적으로 환경 변화 및 서식 생물에 심각한 위해를 미칠 수 있는 것으로 우려된다. 저장된 이산화탄소의 유출에 의한 환경 위해를 최소화하고 과학적으로 관리하기 위해서는 환경위해성평가 결과를 바탕으로 위해도 저감 및 관리가 이루어져야 할 것이다. 위해성평가는 기본적으로 효율적인 위해도 관리를 위한 정책 결정 도구로 활용되며, 예상되는 위해요인과 인간 및 생태계에 미치는 영향과의 관계에 대한 신뢰성 있는 자료를 바탕으로 노출평가와 영향평가를 수행한 후 위해도를 산정하는 과정이다. 최근 국제해사기구(IMO)는 해저 지중저장 사업을 위한 위해성평가 체계에 대한 일반 지침서를 제시하였고, 모든 해저 지중저장 사업의 수행 주체는 이 지침서를 기본으로 사업 수행 전 과정에 대한 위해성평가관리 체계를 마련하도록 요구하고 있다. 이 지침서는 이산화탄소의 해저 지중저장에 대한 환경위해성평가는 저장 지역에 대한 특성파악, 유출시나리오에 기반한 노출평가, 누출된 이산화탄소에 의한 생물에 대한 직접적인 영향 및 환경 변화에 의한 간접적인 영향이 고려된 영향평가 등을 포함한다. 국내에서 시도되는 이산화탄소의 포집 및 해저 지중저장사업 또한 IMO의 지침서를 기반으로 하되 사업과 환경 특성에 적합한 위해성평가관리 시스템을 구축할 필요가 있다. 국내의 이산화탄소 해양 지중저장사업에 대한 위해성평가관리 체계 마련을 위해서는, 후보지역의 환경 특성에 대한 연구를 바탕으로 해양환경에서 이산화탄소의 물리화학적 거동에 대한 이해, 육상 및 해양환경의 배경 조건 및 특성 파악, 포집 후 수송, 지중저장 지질구조에 적합한 개연성 있는 유출시나리오에 기반을 둔 노출평가와 국내 생물종을 이용한 생태영향평가 자료의 생산과 DB화, 그리고 유출 감시 및 환경 모니터링 기법 개발 등이 반드시 이루어져야 한다.