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영일만 해상 포항분지 소규모 CO<sub>2</sub> 지중저장 실증을 위한 부지 탐사 결과
신영재 ( Young Jae Shinn ),권이균 ( Yi Kyun Kwon ),윤종렬 ( Jong-ryeol Yoon ),김병엽 ( Byoung-yeop Kim ),정순홍 ( Snons Cheong ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.2
소규모 이산화탄소 주입 실증 부지를 탐색하기 위해 포항분지 영일만 연안에서 취득한 탄성파 탐사와 시추 자료를 분석하였다. 연구지역에서 기반암은 해수면 기준 심도 650~950 m에 분포하며, 상부에 사암과 역암이 우세한 퇴적층이 발달한다. 이 퇴적층은 대부분 포항분지에서 이산화탄소가 초임계 상태로 존재 할 수 있는 심도(약 740 m)보다 깊은 곳에 분포한다. 또한 평균 두께가 123 m로 저장능력이 양호할 것으로 여겨진다. 상부에 올라오는 이암층은 대개 600 m 이상 두껍고 육상과 해상의 포항분지에 광역적으로 분포하고 있어 덮개 능력이 양호할 것이다. 연구지역에 발달하는 북북동 방향의 단층들은 기반암 심도에서 주로 발달하는 퇴적동시성 단층으로 수직 연장성이 불량할 것으로 해석된다. 본 연구를 통해 영일만에 위치한 포항분지 심부에서 소규모 실증에 적합한 저장층과 덮개층이 분포하고 있음을 제시하였다. CO<sub>2</sub> storage site for small-scale demonstration has been investigated in Yeongil Bay, Pohang, SE Korea, using seismic survey and exploration well data. We found a potential storage formation consisting mainly of conglomerate and sandstone. The storage formation unconformably overlies volcanic basement rocks that are located in a depth from 650 to 950 m (below sea level). The depth of the storage formation is suitable for injecting supercritical CO<sub>2</sub> in the Pohang Basin. The average thickness of the storage formation is about 123 m, which possibly provides sufficient capacity at the level of small-scale storage demonstration. The overlying fine-grained deposits consist mainly of marine hemipelagic muds and interlayered turbidite sands. The overlying formation is considered as a good seal rock that is over 600 m thick and widely distributed in the onshore and offshore portions of the basin. NNE-trending faults found in the study area likely formed at basement level, probably not continue to seafloor. Such faults are interpreted as syndepositional faults involved to the basin initiation. This study reveals that the offshore area of the Pohang Basin contains deep geological formations suitable for small-scale CO<sub>2</sub> storage demonstration.
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한국 이산화탄소 포집 및 저장 기술개발 및 상용화 추진 전략 제안
권이균,신영재,Kwon, Yi Kyun,Shinn, Young Jae 대한자원환경지질학회 2018 자원환경지질 Vol.51 No.4
본 연구에서는 2030년 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 실질적인 수단인 이산화탄소 포집 및 저장 상용화를 위한 구체적인 전략과 실행 계획을 검토하였다. 우리나라의 포집 및 저장 사업의 경제성 확보를 위한 추진 전략으로 1) 대용량 저장소 확보와 실질적 저장용량 평가의 시급성, 2) 포집원-저장소 수송거리 최소화, 3) 기술 혁신을 통한 비용 효율화, 4) 공공성 확보와 민간 참여를 유도하는 정부 정책 도입을 제안한다. 이러한 전략들을 바탕으로 2030년까지 이산화탄소 포집 및 저장 상용화를 위한 실행 계획이 수립되어야 한다. 실행 계획은 대규모 포집 및 저장 통합 실증과 이어지는 상용화 사업이 동일한 지역(저장소)에서 수행되도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한 단계별로 구체적인 목표를 세우고 목표 달성 여부를 면밀히 판단하여 계속 수행 여부를 단계마다 결정하는 시스템이 필요하다. 1단계(2019년~2021년)는 대규모 저장소 선정과 포집 기술 상용화 단계이다. 최종 부지 선정을 위한 시추와 조사가 이루어져야 하고, 연소 후 습식 포집 기술의 격상과 적용성이 확보되어야 한다. 저장소 및 포집원이 선정되면, 2단계(2022년~2025년)에 정부 주도의 100만톤급 이산화탄소 포집 및 저장 대규모 통합실증을 수행할 수 있다. 저장, 수송, 포집 설비 및 시설의 설계와 구축, 기술의 통합과 실증이 요구된다. 2단계 종료 시점에서 통합실증 성과와 탄소 시장의 성숙도 등을 바탕으로 상용화 사업 진입 여부를 결정해야 한다. 상용화 사업 추진이 결정되면, 포집 설비의 증설과 수송 및 저장 설비의 격상, 보완을 통해 3단계(2026년~2030년) 민간 주도의 400만톤급 이산화탄소 포집 및 저장 상용화 사업이 가능할 것이다. This study examines strategies and implementation plans for commercializing $CO_2$ capture and storage, which is an effective method to achieve the national goal of reducing greenhouse gas. In order to secure cost-efficient business model of $CO_2$ capture and storage, we propose four key strategies, including 1) urgent need to select a large-scale storage site and to estimate realistic storage capacity, 2) minimization of source-to-sink distance, 3) cost-effectiveness through technology innovation, and 4) policy implementation to secure public interest and to encourage private sector participation. Based on these strategies, the implementation plans must be designed for enabling $CO_2$ capture and storage to be commercialized until 2030. It is desirable to make those plans in which large-scale demonstration and subsequent commercial projects share a single storage site. In addition, the plans must be able to deliver step-wised targets and assessment processes to decide if the project will move to the next stage or not. The main target of stage 1 (2019 ~ 2021) is that the large-scale storage site will be selected and post-combustion capture technology will be upgraded and commercialized. The site selection, which is prerequisite to forward to the next stage, will be made through exploratory drilling and investigation for candidate sites. The commercial-scale applicability of the capture technology must be ensured at this stage. Stage 2 (2022 ~ 2025) aims design and construction of facility and infrastructure for successful large-scale demonstration (million tons of $CO_2$ per year), i.e., large-scale $CO_2$ capture, transportation, and storage. Based on the achievement of the demonstration project and the maturity of carbon market at the end of stage 2, it is necessary to decide whether to enter commercialization of $CO_2$ capture and storage. If the commercialization project is decided, it will be possible to capture and storage 4 million tons of $CO_2$ per year by the private sector in stage 3 (2026 ~ 2030). The existing facility, infrastructure, and capture plant will be upgraded and supplemented, which allows the commercialization project to be cost-effective.
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캐나다 아퀴스토어 탄성파자료를 통한 이산화탄소 지중저장 연구지역 대수층 특성화
정순홍,김병엽,신영재,이호용,박명호,Cheong, Snons,Kim, Byoung-Yeop,Shinn, Young Jae,Lee, Ho-Yong,Park, Myung-Ho 대한자원환경지질학회 2014 자원환경지질 Vol.47 No.6
The Aquistore project is the world's first commercial capture, transportation, utilization and storage project of post-combustion $CO_2$ from a coal-fired thermo electric power plant, and the proposed storage is a saline aquifer at a depth of about 3,500 m. Deep saline aquifer, compared to hydrocarbon reservoir, provides the great volumetric potential for storage of $CO_2$ anywhere in the world, therefore the research results from the project may be exported globally to other sites. Geological $CO_2$ storage characterization for saline aquifer instead of hydrocarbon reservoir needs to estimate the geophysical properties of subsurface geology. This study calculated the geophysical property of water-saturated formation by applying amplitude variation analysis developed from oil and gas exploration. We correlated horizon tops at the well logs to seismic traveltime of 1,815 and 1,857 ms as Winnipeg and Deadwood formations. Gradient analysis from seismic traces showed correlation coefficient of 45 - 81 % on amplitude variation with respect to incident angle. Crossplot of intercept and gradient shows the inverse proportional trend which represents typical water saturated sediments. Product attribute of intercept and gradient described the base of wet sediment. Poisson's ratio change attribute increased at the top of target area satisfying with wet sediment and decreased at the top of basement in a dry rock bed. 캐나다 아퀴스토어 프로젝트는 인근의 화력발전소에서 포집한 이산화탄소를 심부 약 3,500 m에 존재하는 염대수층에 저장하는 포집, 수송, 주입 및 저장의 전 과정을 포함하는 세계 최초의 통합 실증 프로젝트이다. 이산화탄소의 저장소로서의 염대수층은 기존의 한정적으로 분포된 석유가스 저류층과 비교했을 때 전 세계 어디서나 분포하므로 이에 대한 실증 연구는 이산화탄소 지중저장의 저변 확대에 큰 의미가 있다. 염대수층에 이산화탄소를 주입하고 추적하기 위해서는 지하의 물성을 파악하고 특성화해야 한다. 본 연구는 캐나다 아퀴스토어 이산화탄소 지중저장 현장의 탄성파 탐사자료로부터 석유가스 자원 탐사에 이용되는 진폭 변화 분석기술을 응용하여 지중저장 대상지층의 유체 포화 특성을 도출하였다. 시추공 검층자료에서 해석된 이산화탄소 저장층 구간의 상부 및 하부는 Winnipeg층 1,815 ms과 Deadwood 층 1,857 ms로 탄성파 자료와 대비하였다. 대상 구간의 탄성파 기록으로부터 입사각에 따른 진폭 크기변화를 확인한 결과 자료의 상관성은 45 %에서 81 % 범위였다. 종축절편과 진폭구배 속성을 교차출력한 결과는 반비례 관계를 보여 전형적인 함수 퇴적층에 해당하였다. 계산된 속성들에서 대수층의 기저를 공간적으로 도시하였고 이산화탄소 지중저장 구간의 포아송비 변화를 예측하였다.
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남해 대륙붕 PZ-1 시추공 주변 현무암 대지 구조의 CO<sub>2</sub> 지중저장용량 평가
신승용,강무희,신영재,정순홍,Shin, Seung Yong,Kang, Moohee,Shinn, Young Jae,Cheong, Snons 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.1
CO<sub>2</sub> 지중저장은 현재 온실가스 감축을 위한 CCS(Carbon Capture & Storage) 저장기술 중 가장 안정적이고 효과적인 기술로 평가되고 있다. 지중저장 대상 염대수층은 일반적으로 CO<sub>2</sub>가 초임계상태로 저장될 수 있는 지하 800 m 이상의 심도에 위치하고, 그 상부에 지표로의 CO<sub>2</sub> 누출을 막는 광역적인 불투수성 덮개암층이 분포해야 한다. 본 연구에서는 남해 대륙붕 탄성파 및 시추공 자료를 해석하여 덮개암으로 활용할 수 있는 현무암층과, 하부 염대수층이 발달하고 있는 현무암 대지 구조를 CO<sub>2</sub> 지중저장 유망구조로 제시하였다. 연구지역 주입대상 염대수층의 지중저장용량을 평가하기 위해 총 공극률은 시추공 감마 및 음파검층 자료를 이용하여 산출하였으며, 염대수층 구간의 온도/압력 조건을 고려하여 CO<sub>2</sub> 밀도를 계산하였다. 정확한 주입대상 염대수층의 체적을 산정하기 위해 x, y, z 축 방향으로 일정한 크기를 가지는 3차원 지질 격자 모델을 구성하였고, 염대수층 3차원 공간의 물성 분포를 지구통계학적 기법으로 예측하는 물성 모델링을 수행하여 총 공극률 값을 지질 격자에 할당하였다. U.S. DOE 방법을 이용하여 남해 대륙붕 현무암 대지 구조의 CO<sub>2</sub> 지중저장용량 평가 결과 평균 약 8,417만 CO<sub>2</sub>톤(최소 4,207만 ~ 최대 1억 4,379만 CO<sub>2</sub>톤)이 주입대상 염대수층 구간에 저장 가능한 것으로 예측되었다. CO<sub>2</sub> geological storage is currently considered as the most stable and effective technology for greenhouse gas reduction. The saline formations for CO<sub>2</sub> geological storage are generally located at a depth of more than 800 m where CO<sub>2</sub> can be stored in a supercritical state, and an extensive impermeable cap rock that prevents CO<sub>2</sub> leakage to the surface should be distributed above the saline formations. Trough analysis of seismic and well data, we identified the basalt flow structure for potential CO<sub>2</sub> storage where saline formation is overlain by basalt cap rock around PZ-1 exploration well in the Southern Continental Shelf of Korea. To evaluate CO<sub>2</sub> storage capacity of the saline formation, total porosity and CO<sub>2</sub> density are calculated based on well logging data of PZ-1 well. We constructed a 3D geological grid model with a certain size in the x, y and z axis directions for volume estimates of the saline formation, and performed a property modeling to assign total porosity to the geological grid. The estimated average CO<sub>2</sub> geological storage capacity evaluated by the U.S. DOE method for the saline formation covered by the basalt cap rock is 84.17 Mt of CO<sub>2</sub>(ranges from 42.07 to 143.79 Mt of CO<sub>2</sub>).
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