지중저장 이산화탄소의 누출이 천부대수층 내 방연석의 거동에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

이산화탄소 지중저장 기술은 지구온난화에 대처하는 가장 현실적인 대안 중 하나로 널리 연구되고 있다. 그러나 지중주입된 이산화탄소는 다양한 경로를 통해 누출될 가능성이 상존하며, 이산화탄소가 상부대수층으로 유입되면 지하수질에 악영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 지중저장된 이산화탄소의 누출이 천부대수층에 야기할 수 있는 잠재적인 환경적 영향을 밝히는 것이 목적이다. 이산화탄소에 의한 중금속 광물의 용해도를 알아보기 위해서 대표적인 중금속인 납을 함유한 방연석과 pH 완충능을 가지는 석회석을 사용하여 CO2의 농도, 반응시간, 온도에 대한 회분식 실험을 수행하였다. 실험 전과 후의 광물시료의 특성과 용액의 지화학적 변화를 파악하기 위하여 BET, SEM, XRF,XRD, ICP 분석을 실시하였으며, 실험의 결과와 Visual MITEQ을 이용하여 지화학적 평형상태를 고려한 수학적 모형을 개발하였다. 대수층 내 이산화탄소와 pH, Pb2+의 농도의 성상과 거동을 예측하기 위하여 수치모의를 수행한 결과, 천부대수층 내 이산화탄소의 유입은 지하수 내 납의 용출을 촉진 시키고 국부적으로는 수질 환경 기준을 초과시켰다. 반면 pH 완충능이 높은 대수층에서는 중금속 용출에 대한이산화탄소의 영향이 감쇠되는 결과를 나타내었다. 실험과 수치모의의 결과는 이산화탄소의 지중저장 후보지 선정 시 이산화탄소의 누출로 인한 2차 오염을 막기 위해서는 저장 지층 상부대수층의 광물 구성을 고려해야 한다는 것을 시사한다.