고염도 심부 대수층에 동시 주입된 이산화탄소와 이산화황의 거동에 관한 반응성 용질 이동 모델링 (Reactive transport modeling on the behavior of CO2 and SO2 injected into deep saline aquifer)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 45권 / 5호 / 473 ~ 484페이지
· 저자명 : 최병영, 채기탁, 김경호, 윤성택

초록

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.

영어초록

In this study, we evaluate the behavior of CO2 and SO2 concurrently injected into deep saline aquifer in a sedimentary rock using a reactive transport modeling code PHAST. For a comparative purpose to evaluate the efficiency of the concurrent disposal of CO2 and SO2 that are captured from emissions at a coal-burning power plant, two different cases are examined. These are: 1) CO2-only injection (total injected amount = 126,140 tons for 10 years) and 2) concurrent injection of CO2 (total amount = 126,140 tons for 10 years) and SO2 (total amount = 2,600 tons for 10 years). The modeling results of the two cases show that the key process (mechanism) of carbon trapping is the precipitation of carbonate minerals such as dawsonite (dominantly), calcite and siderite. In the concurrent injection case, sulfate and sulfide minerals such as alunite, anhydrite and pyrite are additionally formed. However, the relative abundance of precipitated carbonate minerals and hydrochemical changes of groundwater are slightly different for the two cases. We also calculated the total volume change of aquifer material (corresponding to the change of porosity) near the injection point, which occurs as a result of dissolution/precipitation reactions of aquifer minerals. The results show that the two injection cases result in the increase of total volume (i.e., decrease of porosity) by up to about 45%. However, the volume increase is about 5-10% smaller for the concurrent injection case, possibly indicating its more effective injection potential. The present study also shows that reactive transport modeling should be performed for the preliminary evaluation of geologic CO2 sequestration. Additional studies on the optimized ratio between injected CO2 and acidic gas (SO2) (and the related capture technology) with regard to the corrosion of facilities by acid should be also evaluated.

참고자료

· 없음