해양지중에 저장된 이산화탄소의 단층을 통한 누출 위험 평가에 관한 수치해석 연구

Abstract

CO2 배출을 줄이기 위해서 최근 CO2 포집 및 저장 기술에 관한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 국내에서는 해양퇴적층을 대상으로 한 CO2 저장 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 CO2 저장 연구에서 가장 중요한 요소 중 하나는 안전성 확보이다. 지중저장의 안전성 확보를 위해서 저장 CO2의 누출 가능성과 누출 특성을 예측하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 해양지중에 저장된 CO2가 단층을 통하여 누출될 수 있는 시나리오를 가정한 후, 지중공간 내 CO2 확산 및 누출 거동을 TOUGH2-MP ECO2N을 사용하여 시뮬레이션 하였다. 대상 저장지는 150 m 수심의 대륙붕 해저 825 m 지점에 있는 두께 150 m의 대염수층이고, 누출이 진행되는 경로는 주입정에서 1,000 m 떨어진 단층이다. 저장된 CO2는 주입 압력과 밀도차에 의한 부력에 의해서 이동하게 된다. CO2가 해수면으로 누출되기 위해서는 주입정에서 인가된 압력차가 CO2를 단층 하단에 도달할 수 있게 할 만큼 충분히 커야 한다. 단층 하단에 도달한 CO2는 추가적인 압력 구배가 없어도 부력에 의해서 누출된다. CO2 주입과 동시에 공극수는 CO2가 누출되기 전까지 지속적으로 해저면으로 누출된다. CO2가 해저면에 도착하면 공극수의 누출은 중단되고, 누출되는 CO2질량에 상응하는 해수가 부력의 반대 작용으로 인해 단층으로 유입되는 것으로 계산되었다. 주입량이 누출에 미치는 영향을 평가하기 위하여 연간 CO2 주입량 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤 에 대한 민감도분석을 수행하였으며, 누출이 일어난 시점은 주입 후 각각 11.3 년, 15.6년, 23.2년으로 계산되었다. 또한, 주입이 종료 된 이후에도 누출은 특정 기간 동안 지속되는 것으로 계산되었다. 누적 주입량 대비 누적 누출량은 연간 CO2 주입량이 100만 톤, 75만 톤, 50만 톤인 경우, 각각 19.5%, 11.5%, 2.8% 이다.