• 터널과지하공간
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• 제26권3호
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• pp.181-191
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• 2016

이산화탄소 지중저장 시 암석 내부의 공극구조는 지층 내 이산화탄소의 거동에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 포항분지 영일만 지역에서 채취한 시추코어를 대상으로 X선 단층촬영 기법을 이용해 3차원 영상을 취득하고, 그 내부에 대한 정량적인 분석을 실시하였다. 세 가지 목표지층인 심도 740 m, 780 m, 810 m 부근에서 채취한 사암 시료(T1, T2, T3)의 공극률은 각각 25.22%, 23.97%, 6.28%로 분석되었다. 등가직경, 공극 부피, 공극 표면적, 국부두께 분석을 수행하였으며, 그 결과 T1, T2 시료가 T3 시료에 비해 이산화탄소 지중저장에 더 적합한 것으로 나타났다. 본 연구의 분석 결과는 이산화탄소 주입 조건 결정, 지층 내 이산화탄소 유동 해석 등에 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 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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• 제13권1호
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• pp.18-29
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• 2010

기후온난화에 대처하기 위한 방안 중, $CO_2$ 해양지중저장은 성공가능성이 높은 수단중의 하나로써 각광받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장은 대량 발생원으로부터 $CO_2$를 포집하여 저장지로 수송한 후, 가스 저장층 이나 염대수층 등과 같은 해저 지질구조 내에 $CO_2$를 저장하는 공정 전체를 아울러 지칭한다. 우리는 2005년부터 $CO_2$ 해양지중저장 관련 기술들을 개발해왔으며, 주요 기술 개발 분야에는 $CO_2$ 저장후보지 탐색과 $CO_2$ 수송 및 저장 공정을 위한 기본 설계가 포함된다. 신뢰성 있는 $CO_2$ 해양지중저장 시스템설계를 위해, 가상시나리오를 개발하였으며 수치해석 프로그램을 이용하여 전체공정을 분석하였다. $CO_2$ 포집원으로 부터 주입저장지로 $CO_2$를 수송하는 공정은 열역학 상태방정식으로 모사 가능하다. 본격적인 설계공정에 대한 수치해석을 수행하기에 앞서 관련 열역학 상태방정식들을 비교 및 분석하였다. 분석된 상태방정식들의 정확도를 평가하기 위해 참조문헌의 실험데이터와 수치계산결과를 비교하였다. 현재까지 진행된 $CO_2$ 해양지중저장 공정설계는 주로 순수한 $CO_2$를 대상으로 하였다. 하지만 포집된 $CO_2$ 혼합물은 질소, 산소, 아르곤, 물, 황화수소 등의 불순물을 포함하고 있다. 작은 양의 불순물이 포함될 시에도 열역학적 물성치가 바뀔 뿐 만 아니라, 압축, 정제, 수송 공정 전체에 막대한 영향을 미치게 되므로 간과되어서는 안 된다. 본 논문에서는 해상 및 육상 $CO_2$ 수송에 영향을 미치는 주요 설계 인자들을 분석하였으며, 가상 시나리오의 매개변수에 관한 연구를 수행한 다음, 유량, 직경, 온도, 압력 등의 설계 인자들의 변화 범위를 제시하고자 하였다.

• 지질공학
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• 제20권4호
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• pp.359-370
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• 2010

$CO_2$ 지중저장에서는 대량의 $CO_2$를 장기간 안전하게 저장하여야하기 때문에 $CO_2$ 누출이 발생할 경우 $CO_2$ 지중저장의 목적이 달성될 수 없을 뿐만 아니라 주변지역으로 $CO_2$가 확산되어 보건환경/생태에 큰 영향을 미칠 수 있다. $CO_2$ 주입시 주입정을 통한 누출의 가능성이 가장 높기 때문에, 본 연구에서는 관정 시멘트에 crack이 발생하였다는 가정 하에 crack으로 $CO_2$가 누출될 경우 $CO_2-H_2O$-시멘트 간에 발생할 수 있는 화학 반응을 지구화학 모델링을 통하여 예측하였다. 모델링 결과 $CO_2$-plume이 진행됨에 따라 시멘트 페이스트를 구성하는 portlandite와 CSH(Calcium Silicate Hydrate)가 용해되고, 2차적으로 CSH의 침전과 calcite의 침전이 발생하는 것으로 예상되었다. 약 3년 후에는 침전물의 대부분을 calcite가 차지하고 약 30년까지 침전물의 대부분을 이루게 된다. 본 연구 결과는 $CO_2$ 누출 시 주입관정 내 시멘트에서 발생할 수 있는 화학적인 변화를 이해하고, 반응 모델은 누출을 방지하기 위한 시멘트 관련 연구개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권4호
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• pp.181-190
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• 2008

기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 의무감축요구에 대응하기 위하여 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 국내외적으로 주목 받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 통하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리에 필요한 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, 상태방정식 계산결과의 정확성을 평가하기 위하여 실험으로부터 구해진 데이터와 비교를 수행하였다. 이상기체 상태방정식과 SRK식은 $29.85^{\circ}C$, 60 bar 이상에서 밀도를 전혀 예측하지 못하였으며, 고온 고압의 초임계 상태에서 100% 내외의 오차를 보였다. BWRS 식은 임계온도 근처인 $29.55^{\circ}C$, 임계압력 근처인 $60{\sim}80\;bar$ 사이의 영역에서 실험값을 전혀 예측하지 못하고 최대 100%의 차이를 보였다. $CO_2$ 해양지중저장 처리의 저장지 조건인 온도 $31.1^{\circ}C$ 이상, 압력 73.9 bar 이상의 초임계 상태에서 PR 식과 PRBM 식은 실험값을 비교적 잘 예측하였다. 따라서 $CO_2$ 해양지중저장처리 공정 중 고온, 고압 영역에서는 상기 상태방정식을 이용한 공정 설계가 유용하다고 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제19권3호
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• pp.167-173
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• 2009

지하비축기지는 터널의 규모와 건설공정의 복잡성, 지질 및 지반공학적인 문제들로 인해 가장 난해한 지하공간건설 프로젝트로 알려져 있다. 최근 복잡한 지하구조를 3차원으로 가시화하고, 건설 자원과 지반조건 그리고 공정계획을 고려한 4차원 시뮬레이션을 활용하여 건설공정을 최적화하는 기술이 지하비축기지 건설 프로젝트에 적용되었다. 이 사례연구는 지하구조의 3차원 모델링을 통해 작업자가 복잡한 지하 현황을 쉽게 이해하고, 정확한 3차원 공간상에서 지질자료를 분석하고 검토할 수 있도록 도와줄 수 있음을 보여주고 있다. 또한 건설공정과 실제 공기를 고려한 4차원 시뮬레이션을 활용하여 자재와 버력의 반출입에서 나타날 수 있는 bottle neck의 위치와 시점을 판단하거나 일일 공사비의 변동을 검토하고, 작업조와 투입장비의 수, 터널 시공방향 및 굴착 착수 시점, 버력 및 자재의 운반경로를 검토함으로써 공정의 최적화를 달성할 수 있었다.

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.161-174
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• 2018

소규모 이산화탄소 주입 실증 부지를 탐색하기 위해 포항분지 영일만 연안에서 취득한 탄성파 탐사와 시추 자료를 분석하였다. 연구지역에서 기반암은 해수면 기준 심도 650~950 m에 분포하며, 상부에 사암과 역암이 우세한 퇴적층이 발달한다. 이 퇴적층은 대부분 포항분지에서 이산화탄소가 초임계 상태로 존재할 수 있는 심도(약 740 m)보다 깊은 곳에 분포한다. 또한 평균 두께가 123 m로 저장능력이 양호할 것으로 여겨진다. 상부에 올라오는 이암층은 대개 600 m 이상 두껍고 육상과 해상의 포항분지에 광역적으로 분포하고 있어 덮개 능력이 양호할 것이다. 연구지역에 발달하는 북북동 방향의 단층들은 기반암 심도에서 주로 발달하는 퇴적동시성 단층으로 수직 연장성이 불량할 것으로 해석된다. 본 연구를 통해 영일만에 위치한 포항분지 심부에서 소규모 실증에 적합한 저장층과 덮개층이 분포하고 있음을 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권11호
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• pp.63-70
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• 2023

지구 온난화를 유발하는 대기 중 이산화탄소 저감을 위한 해결책으로써 이산화탄소 지중 저장공법이 관심받고 있다. 지중에 이산화탄소를 저장하기 위한 방법으로는 대수층 또는 고갈된 원유층 주입 및 이산화탄소 주입을 통한 원유 회수 증진 등이 있다. 이중 대수층은 다른 저장층에 비해 큰 저장 용량을 가짐으로써, 활용성이 가장 높은 것으로 알려져 있다. 하지만, 제한된 저장 공간에 최대한의 저장 효율을 달성하기 위한 기술이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 비이온성 및 음이온성 계면활성제를 활용하여 이산화탄소의 저장 효율 향상 기술을 개발하고자 한다. 저장 효율 평가는 유체의 흐름 관찰이 가능한 마이크로모델을 활용하여 수행하였다. 이에 따른 실험 결과, 비이온성 및 음이온성 계면활성제 활용 시 순수한 물인 경우보다 가장 낮은 주입 유량에서 저장 효율은 최소 40% 이상의 향상을 보였다. 하지만, 본 연구에서 활용한 계면활성제의 이온성 및 농도에 따른 유의미한 저장 효율 변화는 도출되지 않았다. 이러한 결과는 향후 이산화탄소 지중 저장을 위한 계면활성제의 선택 및 농도 결정에 활용될 것으로 기대된다.

• 지질공학
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• 제25권1호
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• pp.1-8
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• 2015

Deep geological disposal is the preferred storage method for high-level radioactive waste, because it ensures stable long-term storage with minimal potential for human disruption. Because of the risk of groundwater contamination, a buffer of steel and bentonite layers has been proposed to prevent the leaching of radionuclides into groundwater. Quartz is one of the most common minerals in earth's crust. To understand how deformation and dissolution phenomena affect waste disposal, here we study quartz samples at pressure, temperature, and pH conditions typical of deep geological disposal sites. We perform a dissolution experiment for single quartz crystals under different pressure and temperature conditions. Solution samples are collected and the dissolution rate is calculated by analyzing Si concentrations in a solution excited by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES). After completing the dissolution experiment, deformation of the quartz sample surfaces is investigated with a confocal laser scanning microscope (CLSM). An empirical formula is introduced that describes the relationship between dissolution rate, pressure, and temperature. These results suggest that bentonite layers in engineering barrier systems may be vulnerable to thermal deformation, even when exposed to higher temperatures on relatively short timescales.