CO2를 어떻게 저장하고 저장하면 어떻게 되나요?

북해는 오랫동안 영국의 무역을 형성해 왔습니다. 또한 역사적으로 풍부한 석유와 천연가스 공급원을 제공하여 국가에 전력을 공급하는 데 중요한 역할을 했습니다. 그러나 북대서양의 이 차가운 주변 지역은 석유 및 가스 매장량이 가득 차 있는 것이 아니라 비어 있는 매장량 덕분에 영국 경제의 탈탄소화에 중요한 역할을 할 수도 있습니다.

대기 중 이산화탄소(CO2)의 양을 제한하거나 줄이기 위해 세계 각국은 대규모 탄소포집 활용 및 저장 프로젝트(CCUS)에 돌입하고 있다. 이 과정에서 CO2는 에너지 생산 및 제조와 같은 소스에서 포집되거나 공기에서 직접 제거되어 재사용되거나 영구적으로 저장됩니다(예: 사용하지 않는 석유 및 가스 저장소 또는 기타 적합한 지질 구조의 지하).

출처: CCS Image Library, Global CCS Institute [보기/다운로드하려면 클릭]

CCUS의 글로벌 용량이 향후 10년 동안 급속히 가속화되어야 한다는 것은 분명하지만, 이 수백만 톤의 CO2를 어디에 저장할 수 있으며 일단 저장되면 어떻게 될까요?

CO2를 저장하는 가장 잘 개발된 접근 방식은 이전 천연가스나 석유 저장소, 채굴할 수 없는 석탄층 또는 염분 대수층과 같은 자연적으로 발생하는 다공성 암석층에 CO2를 지하에 주입하는 것입니다. 이것은 암석의 기공에 매우 염분이 많은 물이 퇴적되어 있는 깊은 지질 구조이며 바다 밑에서 가장 흔하게 발견됩니다. 북해와 미국 걸프 연안 지역에는 여러 개의 염분 대수층이 있습니다.

CCUS 기술을 사용하여 CO2를 포집하면 가압되어 '초임계 CO2'라고 알려진 액체 형태로 전환됩니다. 거기에서 파이프라인을 통해 운반되어 지구 표면 아래 깊은 지층에서 발견되는 암석에 주입됩니다. 이것이 지질학적 격리라고 불리는 과정이다.

출처: CCS Image Library, Global CCS Institute [보기/다운로드하려면 클릭]

간단히 말해서, 지하 저장소에 CO2를 저장하는 가장 간단한 방법은 일반적으로 주변을 둘러싸고 있는 견고한 불침투성 암석을 이용하는 것입니다. CO2가 저장소에 주입되면 CO2가 통과할 수 없는 뚜껑 역할을 하는 불침투성 암석층을 만날 때까지 저장소를 통해 천천히 위쪽으로 이동합니다. 이것이 '구조적 저장'이라고 불리는 것이며, 수백만 년 동안 석유와 가스를 지하에 가두어 두었던 것과 동일한 메커니즘입니다.

흰 초크스톤

시간이 지남에 따라 저수지에 갇힌 CO2는 종종 주변 암석의 광물과 화학적으로 반응하기 시작합니다. 요소들은 단단하고 백악질의 광물을 생성하기 위해 결합하여 본질적으로 '광물 저장'이라는 과정에서 CO2를 암석에 고정시킵니다.

구조적 및 광물 저장뿐만 아니라 염수 대수층의 경우, CO2는 '용해 저장'이라는 과정을 통해 염수에 용해될 수 있습니다. 여기서 용해된 CO2는 천천히 대수층 바닥으로 내려갑니다.

특정 저장소에서 이러한 프로세스 각각(또는 전체)은 CO2를 무기한 저장하는 데 사용됩니다. 현장에서 CO2 누출 ​​가능성이 여전히 남아 있지만 연구에 따르면 그 가능성은 최소화될 것입니다. Nature 저널에 발표된 한 연구에서는 주입된 CO2의 98% 이상이 10,000년 이상 저장된 상태로 유지될 것이라고 제안합니다.

미국의 경우 텍사스, 와이오밍, 오클라호마, 일리노이에서 산업용 규모의 저장이 진행 중이며, 아랍에미리트, 호주, 알제리 및 캐나다 전역에서 프로젝트가 진행 중입니다. 그러나 CCUS가 기후 변화의 영향을 제한하는 데 필요한 규모에 도달하려면 아직 갈 길이 멀다.

연구에 따르면 전 세계적으로 광범위한 CCUS 채택을 뒷받침할 수 있는 CO2 저장 장소가 풍부합니다. Imperial College London과 E4tech의 연구원들이 작성하고 Drax가 발행한 보고서에 따르면 영국에서만 약 700억 톤의 저장 용량이 자세히 설명되어 있습니다. 반면 미국의 추정 저장 용량은 10조 톤에 이른다.

저장 용량이 존재한다는 것은 분명합니다. 이제 필요한 규모에 도달하기 위해 CCUS 프로젝트를 늘리는 것이 정부와 기업의 임무로 남아 있습니다.