| 초록 |
연구개요 현장에서 지질기원 CO2 배출량을 측정하는 기술을 개발하고, 이를 탄산수 발생 지역에 적용해 보았다. 지질기원 CO2는 가스 상태로 지표로 직접 배출될 수도 있고, 대수층에 녹아 탄산수를 형성한 후 탄산수가 상승하는 과정에서 탈기를 거쳐 대기로 배출될 수도 있다. 이 연구는 수체(탄산수)에서 탈기를 거쳐 배출되는 양을 현장에서 측정하는 기술을 개발하고자 하였다(1, 2차년도). 탄산수에서 탈기되는 CO2 양을 지표에서 측정된 토양 CO2 플럭스와 비교하고, 지질기원 CO2의 배출 총량을 추정해 보고자 하였으며, 궁극적으로 비화산지역에서 지질기원 CO2의 배출 시나리오를 구성해 보고자 하였다(3, 4차년도). 연구 목표대비 연구결과 (1차년도 및 2차년도) 수체(탄산수)에서 탈기되는 CO2양을 현장에서 측정할 수 있는 기술을 개발하였다. CO2 탈기량에 대하여 사전 연구가 수행된 바 있는 Test-bed 지역에 우선 적용하여 측정 방법의 성능을 평가하고, 이를 연구 대상 지역 탄산수에 적용하면서 현장 적용성과 성능이 높아지도록 지속적으로 보완하였다. 그 결과, Ted-bed 지역에서는 0.27~0.32 mL/g의 탈기량이 관찰되었으며, 연구지역에서는 여름철에 최대 0.36 mL/g의 탈기량이 관찰되었다. Ted-bed 지역에서 CO<sub>2</sub> 플럭스가 높은 핫스팟(hotspot)을 찾고, 핫스팟에서 배출되는 지질기원 CO<sub>2</sub>의 총량을 계산하였다. 2019년 19톤이 발생한 것으로 추정된다. (2차년도) 탄산수 샘 및 주변 지표수에서 탈기되는 가스의 성분을 분석하고 CO2 배출량을 측정하였다. 탄산수 샘에서 배출되는 CO<sub>2</sub>는 대기압과 상관없이 지질 현상에 기인한 것으로 보인다. 지표수 바닥에서 올라오는 가스의 성분도 대부분 심부 기원의 CO<sub>2</sub>임이 확인되었다. 토양 가스는 토양, 대기, 지질 기원 CO<sub>2</sub>의 혼합 결과로 판단되었으며. 탄산수 샘 인근의 대기 CO<sub>2</sub>는 탄산수 및 토양에서 배출되는 지질 기원 CO<sub>2</sub>의 영향을 받는 것으로 보였다. 지표수 흐름 방향으로 CO2 탈기량을 수면에서 직접 측정한 결과, 가스 버블이 관찰되는 지점에서만 높은 CO<sub>2</sub> 플럭스가 관찰되었다. 반면, 가스 상태로 지표로 직접 배출되는 CO2는 대기와 빠르게 희석되어 관측이 힘들었고, 지표에서 측정된 토양 CO2 플럭스 역시 미비하였다. (3차년도 및 4차년도) 좁은 공간에서 CO2 플럭스 변화가 커 수체를 통해 탈기되는 CO2 배출 총량을 추정하기 어려웠다. 보간법 및 격자 크기에 따라 추정값이 크게 달라졌다. 보간법에 대한 추가 연구가 필요하다. 광물학적 연구 결과를 통해 CO2 배출 시나리오를 구성해 보았다. 심부의 탄산염암이 열수에 의한 스카른화작용 시 석류석과 단사휘석과 같은 무수광물로 교대되는 과정에서 Ca를 소모하고 CO2가 남게 되는데, 이러한 화학반응에 의해 잉여된 기체(CO2)가 주변에 발달한 단층 구조선들을 따라 방출하는 것으로 추정된다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) (환경적 측면) 지질기원 CO2의 대기 배출량은 탄소 순환을 이해하는데 있어 매우 중요한 요소이다. 또한 지역적으로는 지질기원 CO2가 인류에 위험이 되기도 하며, 지진과 화산의 영향 및 지진과 화산의 전조현상을 이해하는 데도 활용되고 있다. 우리나라의 경우, 탄산수 지역에서 지진 시 심부 기원의 CO2 유출량이 증가될 가능성이 있는데, 이에 대한 연구가 없다. 본 연구를 통해 개발된 지질기원 CO2의 배출량(탈기량) 측정 방법은 비화산지역에서 탄소 순환을 이해하고, 지질기원 CO2의 위험을 평가하는 데 활용될 수 있다. 지질학적 시간 스케일에서 탄소의 대기 유입(지질기원 CO2의 배출)과 유출(암석 풍화)을 이해하는 데도 도움이 될 수 있다. (기술적 측면) CO2 배출량 측정 방법은 향후 이산화탄소 지중 저장 사업의 누출 위험도를 감시하는 기술로 활용될 수 있다. 특히, 수체(탄산수)에서 탈기되는 CO2 가스량을 측정하는 기술은 향후 CO2 해양 저장 시 누출 감시 기법으로 활용 가능하다. 이와 함께 용존 CO2의 탈기 과정을 연구하면, 해양층에 저장된 CO2의 대기 누출을 저감시키는 기법을 고안하는데 기여할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
