심부 사암 대수층 내 이산화탄소 지중 저장의 효율성 및 안전성에 대한 광물학적 조성의 영향 수치모의 (Numerical simulation of impacts of mineralogical compositions on efficiency and safety of geologic storage of carbon dioxide in deep sandstone aquifers)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 45권 / 5호 / 493 ~ 516페이지
· 저자명 : 김중휘, 김준모, 왕수균

초록

심부 사암 대수층 내 이산화탄소 지중 저장에 의한 지하수 및 이산화탄소 유동과 수리지구화학적 반응성 이동을 분석하고 이산화탄소 지중 저장의 효율성 및 안전성에 대한 저장 대상 지층의 광물학적 조성의 영향을 평가하기 위하여 다차원 다상 열-수리-화학적 수치 모델을 이용한 일련의 수치 모의가 수행되었다. 수치 모의 결과들은 사암 대수층의 광물학적 조성이 주입된 이산화탄소의 수리-화학적 거동과 포획 기작 및 효율성에 매우 큰 영향을 끼침을 보여준다. 사암 대수층에 주입된 자유 유체상 이산화탄소는 주입정에서 방사상 방향으로 이동하여 공극 내에서 축적된다 (수리동역학적 포획). 오랜 시간이 지나면서 주입된 이산화탄소는 중탄산 및 탄산 이온의 형태로 지하수에 용해되며 (용해 포획), 최종적으로는 사암 대수층 내 지하수와 일차 광물간의 수리지구화학적 반응에 의해서 탄산염 광물로 침전된다 (광물 포획). 이산화탄소 주입에 의한 대부분의 수리지구화학적 반응들은 지하수와 자유 유체상 이산화탄소가 공존하는 혼합대에서 일어난다. 주입된 이산화탄소의 광물 포획은 주로 앵커라이트, 마그네사이트, 능철석 및 도소나이트와 같은 이차 탄산염 광물들의 침전에 의해 발생한다. 그 중에서 주입된 이산화탄소의 광물 포획에 대한 기여도는 앵커라이트가 가장 높다. 주입된 이산화탄소의 포획 기작과 효율성은 사암 대수층의 광물학적 조성에 크게 좌우되며, 특히 녹니석의 체적 분률에 가장 민감하다. 이러한 결과들은 이차 탄산염 광물의 침전에 필수적인 Mg2+와 Fe2+와 같은 양이온들이 주로 녹니석의 용해에 의해 공급되기 때문이다. 그 결과 사암 대수층 내 녹니석의 체적 분률이 증가할수록 광물 포획의 효율성과 전체적인 이산화탄소 지중 저장의 안전성은 크게 증가한다.

영어초록

A series of numerical simulations using a multiphase thermo-hydro-chemical (THC) numerical model is performed to analyze groundwater and carbon dioxide (CO2) flow and hydrogeochemical reactive transport due to geologic storage of CO2 in a deep sandstone aquifer and to evaluate impacts of its mineralogical compositions on efficiency and safety of geologic storage of CO2. The results of the numerical simulations show that the mineralogical compositions of the sandstone aquifer have significant impacts on hydro-chemical behavior of injected CO2 and thus its trapping mechanisms and efficiency. The free fluid phase CO2, which is injected into the sandstone aquifer, initially moves radially from the injection well and accumulates in the pore spaces (i.e., hydrodynamic trapping). Over a long period of time, some of injected CO2 is dissolved into groundwater as bicarbonate and carbonate anions (i.e., solubility trapping) and is finally precipitated as carbonate minerals (i.e., mineral trapping) through hydrogeochemical reactions between groundwater and primary minerals in the sandstone aquifer. Most of hydrogeochemical reactions due to CO2 injection occur in the mixed zone where groundwater and free fluid phase CO2 coexist. Mineral trapping of injected CO2 takes places as precipitation of the secondary carbonate minerals such as ankerite, magnesite, siderite, and dawsonite. Ankerite is the most contributive mineral for the mineral trapping of injected CO2. The trapping mechanisms and efficiency of injected CO2 are significantly influenced by the mineralogical compositions of the sandstone aquifer and are most sensitive to the volume fraction of chlorite. These results are because that the Mg2+ and Fe2+, which are essential for precipitation of the secondary carbonate minerals, are mainly supplied by dissolution of chlorite. As a results, the efficiency of mineral trapping and thus the safety of geologic storage of CO2 increase significantly as the volume fraction of chlorite in the sandstone aquifer increases.

참고자료

· 없음