인위적 CO2 누출에 따른 토양 CO2 플럭스와 농도의 시공간적 모니터링

Abstract

CCS (Carbon Capture and Storage)는 공업용 자원이나 에너지 기반의 자원으로부터 CO2를 포집하여 고갈 유·가스전, 석탄층, 바다, 심부 대염수층 등에 저장하는 기술이다. 그러나 잠재적인 CO2 누출은 환경문제를 유발할 수 있기 때문에 저심도에서 CO2의 누출을 검출할 수 있는 모니터링 기술이 필요하다. 따라서 본 연구는 인위적인 CO2 누출실험을 통해 지표면 부근에서 토양 CO2가 확산되는 경향을 분석하고자 실시하였다. 시험대상지 “The Environmental Impact Evaluation Test Facility (EIT)”는 2015 년에 충북 음성군 대소면에 설치되었다. 총 5개의 구역 중 2, 3, 4구역에서 약 34 kg CO2/day/zone의CO2를 2015년 10월 26일부터 30일까지 주입하였다. CO2 플럭스는 LI-8100A를 이용하여 3구역의 누출구로부터 0m, 1.5m, 2.5m, 10m 지점의 지표면에서 11월 13일까지 매 30분마다 측정하였으며, CO2 농도는 GA5000을 이용하여 3개 구역의 누출구로부터 0m, 2.5m, 5.0m, 10m 지점의 15cm, 30cm, 60cm 깊이에서 11월 28일까지 1일 1회 측정하였다. CO2 플럭스는 누출시작 5일 후에 누출구로부터 0m 지점에서확인되었으며 누출이 종료된 이후에도 11월 13일까지 계속 증가하였다. 2.5m, 5.0m, 10m 지점의 CO2플럭스 간에는 유의한 차이를 보이지 않았다. 한편, CO2 농도는 인위적인 CO2 누출이후 둘째 날에 3구역의 누출구로부터 0m 지점의 60cm 깊이에서 38.4%로 측정되었다. CO2 농도는 시간이 지날수록 수평적으로더 넓게 확산되었으나, CO2 누출을 종료할 때까지 모든 구역에서 누출구로부터 5m 지점까지만 검출되었다. 또한, CO2 누출 마지막 날에 30cm와 60cm 깊이에서 CO2 농도는 각각 50.6±25.4%와 55.3±25.6% 로 유사하게 측정되었으나, 15cm 깊이에서는 31.3±17.2%로 다른 지점에 비해 유의하게 낮은 것으로 나타났다. CO2 누출을 종료한 후 모든 구역의 모든 깊이에서 CO2 농도는 약 1달 동안 서서히 감소하였지만누출 직후보다는 여전히 높았다. 결론적으로 누출구로부터 가깝고 깊이가 깊을수록 CO2 플럭스와 농도는높은 것으로 나타났으며, 누출이 된 CO2 기체는 누출이 멈추더라도 장기간 토양 내에 잔류할 수 있기 때문에 장기 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.