• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권12호
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• pp.8870-8878
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• 2015

이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture&Storage, CCS)은 대규모 배출원으로부터 이산화탄소를 포집하여 지중의 안전한 지질구조에 수천년 이상 안정적으로 저장하는 기술이다. 포집된 이산화탄소에는 필연적으로 불순물이 포함되어있으며, 특히 연소과정에 투입되는 공기를 구성하는 대표적인 물질들인 질소, 산소, 아르곤 등이 유입될 수 있다. 이러한 불순물들은 포집 이후의 전체 공정에 다양한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 이산화탄소 혼합물의 관내유동에 다양한 불순물이 미치는 영향을 평가할 수 있는 실험 장치를 설계 및 제작하였으며 특히 이산화탄소 혼합물의 관내유동에 있어 아르곤 불순물이 미치는 영향을 평가하였다. 즉, 이산화탄소-아르곤 혼합물 2상유동의 압력강하와 유동양식을 실험적으로 분석하였으며, 이를 다양한 압력강하 모델 및 상관식과 비교하여 추후 이산화탄소 혼합물 관련 공정 설계 시 참고할 수 있는 기초 데이터를 제시하고자 하였다.

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.193-206
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• 2018

본 연구는 "포항분지 해상 소규모 $CO_2$ 주입실증 프로젝트"의 일환으로 경상북도 포항시 영일만에 설치된 해상 플랫폼에서 $CO_2$ 주입 실증을 위한 주입정 시추 및 완결(well drilling and completion)을 수행하였다. 주입정 시추(well drilling)는 포항분지 해상지역 퇴적지층에 설치한 해상플랫폼의 상부부터 해저면까지 케이싱 설치를 시작으로 단계별로 굴진 공경을 축소하면서 케이싱 설치 및 시멘트 그라우팅(cement grouting)을 시행하며 진행하였다. 최종심도 816.5 m 까지 공경 4 7/8 inch (${\Phi}124mm$) 규격으로 굴진하여 심도 746.5~816.5 m 구간에 유공 케이싱을 설치하여 주입구간을 형성하였다. $CO_2$ 주입을 위한 주입공 완결(well completion)을 위하여 주입관, 패커(packer), 주입탑(christmas tree)을 설치하였다. 주입공을 완결하고 주입 플랜트 설비를 설치하여 $CO_2$ 시험 주입을 성공적으로 수행하였다. 현재의 주입설비는 100톤 규모의 소규모 주입 실증을 위한 설비로서 향후 주입설비 격상을 통하여 총 1만톤의 중규모 실증 주입설비로 추가적인 연구개발을 진행하고 있다.

• 환경영향평가
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• 제26권2호
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• pp.93-104
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• 2017

CCS (Carbon Capture and Storage)는 공업용 자원이나 에너지 기반의 자원으로부터 $CO_2$를 포집하여 고갈 유 가스전, 석탄층, 바다, 심부 대염수층 등에 저장하는 기술이다. 그러나 잠재적인 $CO_2$ 누출은 환경문제를 유발할 수 있기 때문에 저심도에서 $CO_2$의 누출을 검출할 수 있는 모니터링 기술이 필요하다. 따라서 본 연구는 인위적인 $CO_2$ 누출실험을 통해 지표면 부근에서 토양 $CO_2$가 확산되는 경향을 분석하고자 실시하였다. 시험대상지 "The Environmental Impact Evaluation Test Facility (EIT)"는 2015년에 충북 음성군 대소면에 설치되었다. 총 5개의 구역 중 2, 3, 4구역에서 약 34 kg $CO_2$/day/zone의 $CO_2$를 2015년 10월 26일부터 30일까지 주입하였다. $CO_2$ 플럭스는 LI-8100A를 이용하여 3구역의 누출구로부터 0m, 1.5m, 2.5m, 10m 지점의 지표면에서 11월 13일까지 매 30분마다 측정하였으며, $CO_2$ 농도는 GA5000을 이용하여 3개 구역의 누출구로부터 0m, 2.5m, 5.0m, 10m 지점의 15cm, 30cm, 60cm 깊이에서 11월 28일까지 1일 1회 측정하였다. $CO_2$ 플럭스는 누출시작 5일 후에 누출구로부터 0m 지점에서 확인되었으며 누출이 종료된 이후에도 11월 13일까지 계속 증가하였다. 2.5m, 5.0m, 10m 지점의 $CO_2$플럭스 간에는 유의한 차이를 보이지 않았다. 한편, $CO_2$ 농도는 인위적인 $CO_2$ 누출이후 둘째 날에 3구역의 누출구로부터 0m 지점의 60cm 깊이에서 38.4%로 측정되었다. $CO_2$ 농도는 시간이 지날수록 수평적으로 더 넓게 확산되었으나, $CO_2$ 누출을 종료할 때까지 모든 구역에서 누출구로부터 5m 지점까지만 검출되었다. 또한, $CO_2$ 누출 마지막 날에 30cm와 60cm 깊이에서 $CO_2$ 농도는 각각 $50.6{\pm}25.4%$와 $55.3{\pm}25.6%$로 유사하게 측정되었으나, 15cm 깊이에서는 $31.3{\pm}17.2%$로 다른 지점에 비해 유의하게 낮은 것으로 나타났다. $CO_2$ 누출을 종료한 후 모든 구역의 모든 깊이에서 $CO_2$ 농도는 약 1달 동안 서서히 감소하였지만 누출 직후보다는 여전히 높았다. 결론적으로 누출구로부터 가깝고 깊이가 깊을수록 $CO_2$ 플럭스와 농도는 높은 것으로 나타났으며, 누출이 된 $CO_2$ 기체는 누출이 멈추더라도 장기간 토양 내에 잔류할 수 있기 때문에 장기 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제55권4호
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• pp.407-419
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• 2022

메탄(CH₄)이 유출되는 관정 주변에서 토양(비포화대) 가스 모니터링과 자료 해석 방법을 제시하고자 토양 가스의 성분변화를 약 3일간 측정하였다. 이를 위해서 포항 지역의 시험 관정 2개(TB2, TB3)의 주변 1 m 이내에서 방사상으로 토양 가스를 채취하고 현장에서 CO₂, CH₄, N₂, O₂의 농도를 분석하였다. TB2의 관정 정두(wellhead)에서 30 cm 떨어진 지점에서 CO₂ 플럭스도 측정하였다. 아울러 TB2 관정 정두의 가스 시료와 대기 시료도 채취하여 분석하였다. 모니터링 마지막 날 채취한 시료는 실험실에서 CO₂의 탄소동위원소(δ¹³C_CO2)를 분석하였다. 서로 12.7 m 떨어져 있는 두 시험 관정 중 TB3는 시멘팅이 되어 있고, TB2는 시멘팅이 되어 있지 않았다. 생지구화학 반응 기반(process-based) 해석을 적용한 결과, 비포화대 가스의 CO₂, O₂, N₂ 농도와 N₂/O₂ 의 변화는 모두 CH₄의 산화를 지시하는 선과 가스의 용해에 의한 농도의 변화를 지시하는 선 사이에 위치하고 있었다. 또한 TB2 정두에서 측정된 CH₄은 대기의 CH₄에 비해서 5.2배 높은 값을 나타나고 있었다. 시멘팅이 되어 있지 않은 관정(TB2) 주변 비포화대에서 나타난 높은 CO₂ 농도(평균 1.148%)는 CH₄의 산화에 의해 증가한 것으로 판단된다. 반면, 시멘팅이 된 관정(TB3) 주변의 비포화대 CO₂는 상대적으로 낮은 농도(0.136%)를 나타내고 있었다. 따라서 CH₄가 산출되는 관정의 주변 토양가스(CO₂ 포함)는 관정의 완결 상태(시멘팅)에 크게 영향을 받는 것으로 판단된다. 본 연구는 천연가스 개발 관정 주변 토양의 환경 모니터링을 위한 전략 수립에 활용될 수 있으며, CO₂ 지중저장을 위한 주입정 및 관측정 주변 누출 감시에 활용될 수 있다. 또한 본 연구의 방법은 천연가스 저장소, 유류 오염 토양의 모니터링에 활용 가치가 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.29-37
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• 2024

본 연구에서는 이산화탄소 처리를 통한 순환골재의 지반공학적 성능 개량을 평가하기 위하여 5kg급 프로토타입 반응조를 제작하였다. 제작된 반응조를 이용하여 이산화탄소 처리한 순환골재와 미처리 순환골재의 골재 파쇄값과 노상토지지력비를 측정하였다. 이산화탄소 처리를 통해 골재 파쇄값은 35.6%에서 33.2%로 2.4% 감소하고 노상토지 지력비는 97.5%에서 102.4%로 4.9% 증가하는 것이 관찰되었다. 탄산화 반응을 통해 생성된 탄산칼슘 염으로 인해 순환골재의 세립분 생성이 감소하고 지지력이 증가함을 알 수 있었다. 또한 교반을 함께할 경우 추가적인 역학적 개량 효과를 통해 골재 파쇄값이 30.3%로 감소하고 노상토지지력비는 137.7%로 증가하였다. 본 연구에서 기술된 이산화탄소 처리 기술의 현장 적용 시 건설 산업의 탄소배출을 효과적으로 줄일 수 있을 것으로 보인다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권3호
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• pp.263-272
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• 2012

유엔기후변화협약회의(UNFCCC)에서는 이산화탄소 포집 및 저장(Carbon dioxide capture and storage, CCS)의 부족한 경제성 확보 및 개발도상국으로의 확대의 하나의 방편으로 CCS를 청정개발체제(Clean Development Mechanism, CDM)로 수용하는 것에 대한 논의가 2005년부터 진행되었다. CCS의 CDM 수용과 관련하여 CCS 기술보유국 및 산유국과 개발도상국간의 의견차이로 인하여 합의를 이루지 못하고 논의가 거듭되다, '10.12월 칸쿤 회의결과, CCS의 CDM 수용 가능성에 대해 합의가 이루어졌다(CMP[2010], Decision7/CMP.6). 당시 당사국들은 CCS의 CDM 수용을 위해 방식 및 절차에 관련한 주요 이슈, 즉, 1) 저장지 선정, 2) 모니터링, 3) 모델링, 4) 경계, 5) 누수 측정 및 계산, 6) 월경 효과, 7) 연계프로젝트 배출 계산, 8) 위해성 및 안전성 평가, 9) CDM 체제하의 책임 등에 대한 합의를 우선 요구하였으며, 동기간 동안 과학 기술자문부속기구(SBSTA)에서는 의견 교환 및 워크숍 개최 등을 통해 방식 및 절차에 대한 초안을 마련하였다. 이 초안을 바탕으로 '11년 12월 남아공 더반 회의에서 마침내 CCS기술을 CDM으로 수용키로 최종 합의하였다(CMP[2011], Decision-/CMP.7). CCS의 CDM 수용은 단순히 경제적 인센티브의 제공이라는 의미를 넘어 CCS 기술이 국제사회에서 이산화탄소 저감기술로 공식적으로 인정받았다는 것을 의미하기에 국내의 관련 기술 및 산업뿐만 아니라 법 정책적 측면에서도 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 이에 본 논문에서는 각 이슈들에 대한 국제적 논의 동향을 분석하고, 이를 통해 현재 우리나라가 계획하고 있는 CCS 실용화를 위해 선행되어야 할 정책적 고려 사항을 도출하였다. 금번에 채택된 CCS기술의 CDM 체제 방식 및 절차에 따르면, 우리나라와 같은 비부속서 I 당사국도 방식 및 절차에서 제시한 법 제도를 수립할 경우 CCS CDM 사업 활동 수행이 가능하다. 현재 우리나라는 상위법인 '저탄소 녹색성장 기본법'이 제정되어 있으나 CCS CDM 방식과 절차에서 요구하고 있는 세부 법 제도 프레임웍은 미비한 상황이다. 따라서 단기적으로 포집, 수송, 저장 분야 별로 관련법 개정을 통해 CCS CDM 기반 조기 마련과 함께 장기적으로는 단일법 제정을 포함한 CDM 체제 하의 CCS 사업관련 종합적 법제도 기반을 준비할 것을 제언하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제26권1호
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• pp.12-23
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• 2016

향후 국내에서 수행될 이산화탄소 지중저장 프로젝트의 성공적인 수행을 위해서는 현장 지질조건에 최적화된 주입 조건을 설계하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 주입량 및 주입온도 등의 주입조건이 격리저장시스템의 역학적 안정성에 미치는 영향을 열-수리-역학 연계해석기법의 하나인 TOUGH-FLAC 해석기법을 이용하여 평가하였다. 저장시스템의 역학적 안정성은 기존 균열의 전단미끄러짐 발생가능성을 활동마찰각 및 응력원을 이용하여 분석하였다. 이산화탄소의 주입온도가 저류층의 초기온도보다 낮은 저온주입의 조건에도 열응력으로 인한 인장균열은 발생하지 않는 것으로 파악되었으나, 저류층에서 전단미끄러짐이 발생하는 결과를 보였다. 단위시간당 이산화탄소 주입량을 변화시킨 시나리오 해석에서는 단계별로 주입량을 감소시키는 주입시나리오에서 기존 균열들의 전단미끄러짐 발생 가능성이 가장 낮은 것으로 평가되었다.

• 자원환경지질
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• 제50권1호
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• pp.27-34
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• 2017

제강 환원슬래그(steelmaking reduction slag)를 출발물질로 사용하여 다양한 농도의 $H_2SO_4$, $NH_4NO_3$(0.3, 0.5, 0.7, 1 M) 용액, 반응온도 $100^{\circ}C$와 $150^{\circ}C$의 조건에서 Ca 용출 및 탄산화 실험을 실시하였다. 양이온 용출과 탄산화 반응시간은 각각 2시간 및 1시간이었으며 탄산화 효율 증대를 위해 pH는 약 12로 조절하였고 $CO_2$의 부분압은 10 bar이었다. TG 분석결과로부터 탄산화율을 계산한 결과, $H_2SO_4$ 0.5 M과 반응온도 $150^{\circ}C$의 실험 조건에서 약 86%의 고정화율이 관찰되었으나 이 이상의 농도에서는 탄산화율은 급격히 감소하였다. 그러나 $NH_4NO_3$용액을 사용한 결과, 산의 농도가 증가함에 따라 탄산화율도 비례적으로 증가하여 1 M 농도에서 약 93%의 탄산화율이 관찰되었다. 따라서 제강 환원슬래그를 사용한 탄산화반응은 $H_2SO_4$보다는 $NH_4NO_3$용액을 사용할 경우 유리한 것으로 분석되었다. SEM 분석결과, 합성된 아라고나이트는 나무토막 형태(wood piece shape), 둥근형태(round shape), 꽃모양(flower shape)으로 관찰되었으며, 방해석은 결정면이 잘 발달된 능면체형(rhombohedral shape)의 전형적인 형태로 확인되었다.

• 지질공학
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• 제23권4호
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• pp.329-340
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• 2013

국내의 이산화탄소 지중저장을 위한 후보부지로 북평분지와 포항분지가 우선 선정되어 저장성 및 안전성 평가를 위한 지질조사가 이루어졌다. 저류층 및 상부 덮개층의 역학적 안정성을 분석하기 위해 두 분지에서 회수된 시추코어를 이용하여 공극률, 탄성파 속도, 일축압축강도, 내부 마찰각 및 영률을 실내시험을 통해 측정하였다. 시추공의 전 구간에 걸쳐 실내시험을 수행하는 것이 어려우며 연속적 물리검층 자료로부터 역학적 파라미터를 직접 측정할 수도 없다. 따라서 본 연구에서는 시추코어의 실내실험으로 측정된 물리적 성질(탄성파 속도, 공극률, 동역학 영률)과 역학적 성질(일축압축강도, 내부 마찰각)간의 상관관계를 파악하여, 물리검층자료로부터 지층의 역학적 안정성 분석에 필요한 인자를 추출하였다. 기존에 제안된 여러 경험식을 본 연구의 시추코어 시험 자료와 비교하여 두 분지에 가장 잘 맞는 경험식을 산출하였다. 북평분지와 포항분지의 일축압축강도와 영률 및 공극률간의 관계는 지역에 관계없이 암종에 따라 같은 식을 따르는 경향을 보였다. 본 연구에서 산출된 경험식을 이용하여 탄성파 검층자료를 이용하여 검층 전 구간에 대하여 지층의 강도물성을 예측하였다. 예측된 강도물성은 이산화탄소의 주입 전 단계에서 지층의 역학적 안정성을 규명하기 위한 모델분석에서 입력인자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제27권1호
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• pp.43-49
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• 2011

지구온난화의 주범인 이산화탄소가 국제적으로 문제가 되고 있는 가운데, 이산화탄소의 농도 증가를 억제시키기 위해 이산화탄소를 포집하여 장기간 안정적으로 저장시킬 수 있는 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage: CCS) 기술의 개발이 요구되고 있다. CCS 기술은 이산화탄소 저감 방안 중 가장 직접적이고 현실적인 방안으로 각광을 받고 있으나, 이산화탄소 최적 저장지의 선정 및 이산화탄소 지중저장이 야기할 수 있는 부수적인 영향에 대한 분석이 요구된다. 본 연구에서는 경상분지를 대상으로 GIS 기법을 이용하여 CCS 설비를 위한 적지 분석을 수행하고, 현황분석 및 법적분석을 수행하였다. 적지분석에는 지질도, 수치표고모형, 경사도, 토지피복도를 이용한 경중률 분석이 사용되었으며, 현황분석에는 고해상도 위성영상을 활용하였다. 그 결과 연구대상지내 이산화탄소 저장시설 설치를 위한 최적후보지가 선정되었으며, 마지막으로 법적분석에서는 탄소 저장과 관련된 현행 규정 및 탄소 저장시설의 설비 시 문제가 될 수 있는 각종 법적 사항을 조사하였다.