인위적 CO2 누출에 따른 토양 CO2 플럭스와 농도의 시공간적 모니터링

김현준; 한승현; 김성준; 윤현민; 전성천; 손요환

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김현준 한승현 김성준 윤현민 전성천 손요환

저널정보: 한국환경영향평가학회 환경영향평가 환경영향평가 제26권 제2호

발행연도: 2017.1

수록면: 93 - 104 (12page)

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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.

CCS (Carbon Capture and Storage) is a technical process to capture CO2 from industrial and energy-based sources, to transfer and sequestrate impressed CO2 in geological formations, oceans, or mineral carbonates. However, potential CO2 leakage exists and causes environmental problems. Thus, this study was conducted to analyze the spatial and temporal variations of CO2 fluxes and concentrations after artificial CO2 release. The Environmental Impact Evaluation Test Facility (EIT) was built in Eumseong, Korea in 2015. Approximately 34kg CO2 /day/zone were injected at Zones 2, 3, and 4 among the total of 5 zones from October 26 to 30, 2015. CO2 fluxes were measured every 30 minutes at the surface at 0m, 1.5m, 2.5m, and 10m from the CO2 releasing well using LI-8100A until November 13, 2015, and CO2 concentrations were measured once a day at 15cm, 30cm, and 60cm depths at every 0m, 1.5m, 2.5m, 5m, and 10m from the well using GA5000 until November 28, 2015. CO2 flux at 0m from the well started increasing on the fifth day after CO2 release started, and continued to increase until November 13 even though the artificial CO2 release stopped. CO2 fluxes measured at 2.5m, 5.0m, and 10m from the well were not significantly different with each other. On the other hand, soil CO2 concentration was shown as 38.4% at 60cm depth at 0m from the well in Zone 3 on the next day after CO2 release started. Soil CO2 was horizontally spreaded over time, and detected up to 5m away from the well in all zones until CO2 release stopped. Also, soil CO2 concentrations at 30cm and 60cm depths at 0m from the well were measured similarly as 50.6±25.4% and 55.3±25.6%, respectively, followed by 30cm depth (31.3±17.2%) which was significantly lower than those measured at the other depths on the final day of CO2 release period. Soil CO2 concentrations at all depths in all zones were gradually decreased for about 1 month after CO2 release stopped, but still higher than those of the first day after CO2 release stared. In conclusion, the closer the distance from the well and the deeper the depth, the higher CO2 fluxes and concentrations occurred. Also, long-term monitoring should be required because the leaked CO2 gas can remains in the soil for a long time even if the leakage stopped.

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참고문헌 (25)

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/ / Global CCS Institute: Large scale CCS projects

Clements WE / 1974 / Atmospheric pressure effects on Rn222 transport across the earth-air interface / Journal of Geophysical Research 79 : 5025 ~ 5029

Cohen LR / 2015 / Measuring diurnal cycles of evapotranspiration in the Arctic with an automated chamber system / Ecohydrology 8 : 652 ~ 659

Cortis A / 2008 / The role of optimality in characterizing CO2seepage from geologic carbon sequestration sites / International Journal of Greenhouse Gas Control 2 : 640 ~ 652

Eumseong Country / 2015 / Eumseong Statistical Yearbook

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