CO2 해양지중저장시 주입/저장된 CO2의 누출 과정 수치 해석

Abstract

기후 변화의 주요 원인으로 지목되고 있는 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 노력은 전 세계적으로 이루어지고 있다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술 (Carbon Capture and Storage CCS)은 발전소 등에서 발생되는 이산화탄소를 지중에 저장하는 기술로 이산화탄소의 배출을 대용량으로 저감시킬 수 있다. 이러한 이산화탄소 지중저장 연구에서 가장 중요한 요소 중 하나는 안전성 확보이다. 지중저장의 안전성 확보를 위해서는 특히, 저장된 이산화탄소의 누출 가능성과 누출량을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 이산화탄소를 해양지중저장시 단층을 통한 누출 시나리오를 가정 후, 수치 해석적 연구를 통해서 누출량, 누출 시간 등을 포함하는 누출 특성을 해석하는데 있다. 수치해석에 사용된 소프트웨어는 TOUGH2-MP ECO2N이다. 이산화탄소 저장소는 단순화된 지층 구조 모델로 가정되었다. 저장소는 250m 수심을 가지는 대륙붕 해저 850m에 존재하는 두께 100m의 대염수층이다. 저장된 이산화탄소의 누출 경로인 단층은 2개로 가정되었고, 첫 번째 단층은 주입정에서 400m 떨어져 있고, 두 번째 단층에서 첫 번째 단층에서 다시 400m 떨어져 있다고 가정하였다. 이러한 누출 조건은 매우 위험한 조건으로 실제의 경우와는 거리가 있으나, 최악의 경우를 고려하기 위해서 극한의 조건이라 가정하였다. 주입 기간은 30년이고 총 시뮬레이션 기간은 100년이다. 이산화탄소 주입률이 누출에 미치는 영향을 파악하고자 연간 주입량을 25, 50, 75만 톤으로 바꿔가며 계산을 수행하였다. 연간 25만 톤을 주입한 경우, 단층이 존재하여도 이산화탄소는 해저 면으로의 누출되지 않았다. 연간 50만 톤, 75만 톤을 주입할 때는 해저 면으로의 누출이 발생하였고, 누출이 일어난 시점은 주입 후, 각각 17.8년, 22.9년이다. 누출된 이산화탄소의 유량은 총 주입량 대비 8~16% 정도이고, 대략 40년에 걸쳐서 누출이 진행되었다.