이산화탄소의 지중처분에 관한 반응성 용질 이동 모델링의 적용

Abstract

심부 암반 대수층 내에 이산화탄소를 얼마나 효과적으로 처분할 수 있는가를 평가하기 위하여 반응성 용질 이동 개념모델링을 적용하였다. 본 모델에서는 온도 35℃, 5 km × 5 km × 1 km(심도) 규모의 암반대수층 내로 주입 압력 100 bar 조건에서 50년 동안 초임계 상태의 이산화탄소를 물과 함께 주입하였다. 대수층의 구성 광물은 석영, 사장석, K-장석, 흑운모, 방해석, 카올리나이트로 가정하였다. 모델링 결과, 사장석, 흑운모의 용해 반응과 더불어 탄산염광물(능철석, 방해석, 도소나이트)의 침전 반응이 이산화탄소의 지질처분에 중요한 역할을 함이 확인되었다. 주입된 이산화탄소의 70.9%는 탄산염광물로 침전하였는데, 그 양은 31 kg CO2/m3에 해당하였다. 반면, 주입한 이산화탄소의 29.1%는 지하수에 용존 상태로 존재하였다. 대수층의 광물 조성이 “광물 트래핑”의 효율에 미치는 영향을 평가하고자 실시한 민감도 분석 결과, 사장석 보다는 흑운모의 존재량이 처분 효율을 높임을 확인하였다. 따라서 본 모델링 결과는 탄산염광물 침전에 의한 “광물 트래핑”이 이산화탄소 처분에 지배적인 메커니즘을 이루며, 이산화탄소를 고체상으로 지중에 장기간 처분할 수 있음을 보여준다. 본 연구에서 수행된 모델링은 비록 단순화된 조건 하에서 수행되었지만, 물-암석 반응과 이산화탄소 거동의 관점에서 이산화탄소 지중처분의 효율을 예측․평가하는데 있어 반응성 용질 이동 모델링이 매우 효과적으로 활용되어야 함을 보여준다.