이산화탄소 지중저장 시 대염수층 내 염수(NaCl/CaCl2)조건에 따른 포획량 변화에 관한 연구

Abstract

CCS 기술은 발전소 등에서 발생되는 CO2를 대기 중에 배출하는 대신 이를 포집하여 지하 심부에 격리하는 기술로서 CO2 배출량의 약 80∼90%가 포집 될 수 있는 것으로 알려져 있다. CCS 기술 중에서 CO2를 저장하는 기술로는 해양 저장(Ocean storage), 광물탄산염화(Mineral carbonation) 및 지중저장(Geological storage) 등이 있다. 이 중 지중저장 기술은 지하 심부의 지질층에 CO2를 효율적으로 주입하기 위한 기술로서 이 때 저장되는 CO2의 성상은 온도 및 압력 조건이 각각 31.1℃, 7.38 MPa인 상태에서 이루어지는 초임계상태(supercritical phase)이다. 초임계상태란 액체와 기체의 구별이 없어지는 상(phase)으로 액체와 같은 밀도에 기체와 같은 점성을 지니기 때문에 저장효율 증대를 위해 가장 적합한 상태이다. 이러한 조건은 통상의 지온경사와 정수압 등을 고려했을 때 지하 800m 이하의 심부 지층에서 자연적으로 얻어질 수 있으므로 지중저장은 주로 이 깊이 이하의 지질구조를 대상으로 이루어진다. 지중저장을 위한 연구는 국외의 경우 다양하게 진행되고 있으나, 국내의 경우 대부분 모델링 연구에 집중되고 있으며 국외의 경우와 비교해 보았을 때 지중저장 특성화를 위한 실내실험을 통한 기초 연구는 매우 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 실제 CO2 주입환경과 유사한 실험실 규모의 초임계 환경을 모사하는 기술을 고안하고, 각각의 다른 염도 조건 즉, 심부 대염수층의 주입 조건에서 CO2 주입 전후 일어나는 압력 변화와 그때 포획된 CO2의 양 등을 측정하여 대염수층의 염도와 초임계 CO2와 코어(암석)간의 반응성에 관한 실험을 진행하였다. 대염수층의 염수농도는 NaCl과 CaCl2를 사용하여 각각 5, 10, 15, 25 wt%로 변화를 주었고, CO2 주입 온도와 압력은 지중저장조건인 50℃, 150bar로 고정하여 실험을 실시하였다. 반응시간에 따른 포획반응을 관찰하기위해 15일과 60일로 나누어 실험을 진행하였으며 광물화 반응 여부는 XRF, XRD 분석을 통해 확인하였고, Aspen Plus를 통해 포획된 CO2의 양을 계산하였다.