고염도 심부 대수층에 동시 주입된 이산화탄소와 이산화황의 거동에 관한 반응성 용질 이동 모델링

Abstract

본 연구에서는 반응성 용질 이동 모델인 PHAST를 활용하여, 고염도 심부 대수층으로 이산화탄소와 이산화황을 주입한 경우에 두 가스의 행동을 평가하였다. 특히, 석탄 화력발전소에서 포집한 배출 가스의 지중 처분을 실제로 모사하기 위하여 두 가지 사례가 비교 평가되었다. 첫 사례는 총 10년간 126,140톤의 이산화탄소만을 주입하는 경우이며, 두 번째 사례는 상기 량의 이산화탄소와 함께 약 2,600톤의 이산화황을 역시 총 10년 동안 동시 주입하는 경우이다. 모델링 결과, 두 사례 모두에서 주요한 이산화탄소 제거 기작은 탄산염광물(주로 도소나이트 및 소량의 방해석과 능철석) 침전인 것으로 나타났다. 이산화황을 동시 주입한 경우에는 증가된 황산염 이온에 의해 주입정 위치에서 황산염 광물인 명반석(alunite)과 경석고, 황화광물인 황철석의 침전이 추가로 발생하였다. 그러나 두 사례에 있어 침전된 탄산염 광물의 상대적인 함량과 지하수의 화학성의 변화는 다소 상이하였다. 한편, 침전 또는 용해된 광물상의 변화에 수반되는 대수층 광물의 총 부피의 변화(즉, 공극률의 상대 변화)를 계산한 결과, 두 경우 모두 주입정 주변에서 약 45%까지의 총 광물 부피 증가가 나타났다. 그러나 이산화황을 동시 주입한 경우에 주입정 인근에서의 총 광물 부피 증가가 약 5-10% 정도 더 작은 것으로 나타남으로써, 이산화탄소를 포집하는 과정에서 오히려 이산화황을 어느 정도 남겨두는 것이 이산화탄소 지중 저장에 보다 유리할 수 있음을 지시하였다. 본 연구 결과는 반응성 용질 이동 모델링이 이산화탄소 지중처분 관련 예비 평가에 있어 반드시 활용되어야 함을 보여준다. 한편, 주입 설비의 내산성을 고려하여 가장 경제적이고도 효율적인 처분 대상 유체의 이산화탄소 : 산성 가스(이산화황) 존재 비(즉, 관련된 포집 수준 및 기술)에 대한 추가적인 검토가 요망된다.